应用于系统异质集成的埋入式基板的加工与可靠性研究

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以高密度、高性能和低成本为特征的新型三维异质集成封装技术在物联网、消费类电子等领域具有重要的应用前景,已成为当前发展的热点。其中,汽车工业高速发展,迫切需要高性能、低成本的电子封装产品,而且汽车电子处于高温、高湿度等恶劣环境中,对于产品的可靠性要求也较高。基于基板的三维异质集成技术将各种有源芯片、无源器件等埋入高密度基板中,大大减小封装体积和引线长度,提高电气性能,实现规模化量产,是解决这一问题新的重要方法。目前,国外相关研究主要有基于积层(build-up)工艺的圆片级芯片埋入、芯片先置型埋入和芯片后置型埋入等封装技术,这些埋入式技术能够提供高密度、高性能的集成封装,但是成本仍然较高,而基于高密度基板工艺的无源、有源元件的低成本埋入基板封装是一个重要的新途径。本论文自行设计和建设了埋入式基板工艺线,研究了一种高可靠性、低成本的用于汽车电子紧凑型封装的埋入式基板的新型制备技术,通过真空压合、激光加工电路板、倒装焊接和化学沉铜&电镀等工艺实现了有源芯片的埋入封装,并探索了埋入式基板的可靠性和结构的优化。  论文首先建设了埋入式基板工艺线,自行安装和调试了激光钻孔机、倒装焊机、真空层压机和12英寸化学沉铜&电镀工艺线,并进行了相关工艺试验。结果表明:采用上述设备组成的工艺线,能够初步实现埋入式基板的加工,为进一步的芯片埋入封装奠定了基础。  然后,论文提出了一种新型、低成本的有源芯片埋入基板封装的设计和制备方案,并基于该工艺平台进行了验证。方案包括如下步骤:首先采用紫外激光器加工有机转接板和“T”型腔,再将芯片倒装焊到转接板上,然后将芯片/转接板通过层压埋入有机基板中,有源芯片对应于“T”型腔的位置,最后再通过激光钻孔和化学镀/电镀沉积金属,实现转接板到基板的互连。对有源芯片进行埋入封装后,还对其进行了热循环测试。结果表明:芯片倒装焊接转接板简化了工艺程序,“T”型腔则避免了芯片在压合埋入过程中可能出现的破裂,结构内部也没有空洞,埋入式基板工艺线可实现大批量、高良率的基板加工。埋入芯片的基板在经过50次热循环(-15℃-125℃)后没有出现界面分层等失效现象。  最后论文对埋入式基板的温度和热应力分布进行了ANSYS仿真,结果表明采用高热导率的基板或强制对流能够改善埋入式基板的散热性能,低CTE的基板能够明显降低结构应力,提高封装的可靠性。
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