封裝底板曲翹有望通過改進(jìn)得到解決
[導(dǎo)讀]以“新一代半導(dǎo)體封裝微納米應(yīng)用技術(shù)”為主題的公開研討會于2009年12月16日在東京舉行（由日本電子安裝學(xué)會布線板技術(shù)委員會下屬的微納米應(yīng)用研究會舉辦）。
4項演講中有2項的話題與半導(dǎo)體封裝底板的曲翹有關(guān)。這
以“新一代半導(dǎo)體封裝微納米應(yīng)用技術(shù)”為主題的公開研討會于2009年12月16日在東京舉行（由日本電子安裝學(xué)會布線板技術(shù)委員會下屬的微納米應(yīng)用研究會舉辦）。
4項演講中有2項的話題與半導(dǎo)體封裝底板的曲翹有關(guān)。這兩項演講分別為NEC系統(tǒng)安裝研究所平田一郎所做的普通演講“結(jié)合樹脂粘彈性及硬化收縮的 Pkg（封裝）底板曲翹FEM（有限元法）模擬”，以及九州工業(yè)大學(xué)教授石原政道所做的特約演講“雙面電極封裝：DFP的開發(fā)及其應(yīng)用”。
特意將封裝底板做成非對稱形狀
半導(dǎo)體封裝的底板如果在主板過回流焊時發(fā)生曲翹，就會發(fā)生組裝時無法收放于機(jī)殼內(nèi)，或者焊點(diǎn)接觸不良等問題。NEC的平田介紹了通過計算以Excel 預(yù)測曲翹量的方法，以及如何利用FEM來分析曲翹量。NEC為了在設(shè)計的上游階段就考慮底板的曲翹量，開發(fā)了對來自硬度及粘性等材料特性造成的曲翹進(jìn)行預(yù)測的計算工具。
在該演講中，平田作為曲翹問題的解決方法及原因所指出的兩點(diǎn)令人頗感興趣。因為這些都是說起來都知道但卻容易忽視的問題。其中一點(diǎn)是要消除曲翹，只優(yōu)化底板沒有意義，必須要考慮整個封裝的形狀。一般情況下，為了減小曲翹，業(yè)內(nèi)大多采用將多層底板的層結(jié)構(gòu)沿厚度方向上下設(shè)計成對稱形狀。
不過，即使采用這一結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑶N量減至0，層間應(yīng)力也只是達(dá)到相互對稱狀態(tài)而未必是0。實(shí)際上，在封裝后對稱性就會受到破壞，這樣在過回流焊時因受熱就很可能發(fā)生曲翹。平田提出，“還有一種拋開封裝底板的對稱性，通過增加對曲翹及應(yīng)力進(jìn)行控制的層來解決的方法”。并表示今后將以這種底板為研究課題。
前提條件不同
另一點(diǎn)是過回流焊時大幅曲翹的原因?qū)嶋H上就在于樹脂硬化還未徹底完成。NEC對提高曲翹量預(yù)測精度進(jìn)行了研發(fā)。發(fā)現(xiàn)決定曲翹量的因素之一就是粘性率等材料特性。這些材料特性容易受到外力、溫度及其履歷的影響。為此NEC建立了使用計算機(jī)模擬技術(shù)，根據(jù)外力和溫度的時間變化來考慮材料特性，由此來預(yù)測曲翹量的系統(tǒng)。
雖然通過這種模擬系統(tǒng)在設(shè)計的上游（早期階段）就得到了曲翹量，但同時也需要調(diào)整模擬條件。具體而言，在回流焊條件及布線圖相同的情況下，如果外力及溫度相同的話，曲翹量就應(yīng)該相同，而結(jié)果卻是底板廠商的不同，出現(xiàn)的曲翹量也不同。因此，NEC首先決定對各廠商底板的曲翹量的不同進(jìn)行嚴(yán)格測定。然而，在委托外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密實(shí)測后，卻基本上未發(fā)現(xiàn)因底板廠商不同而造成的差異。
對外部機(jī)構(gòu)的曲翹量測定方法進(jìn)行確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)，帶去的測試品在測定前都經(jīng)過了烘烤（加熱）工序。該機(jī)構(gòu)進(jìn)行烘烤是為防止與測定項目無關(guān)的因素造成測定結(jié)果出現(xiàn)偏差。NEC委托的試驗品也按照這一工序在測定前經(jīng)過了烘烤。
根據(jù)在充分加熱后廠商間的曲翹量差異消失這一現(xiàn)象，NEC確立了一個假設(shè)，那就是底板廠商并未完成樹脂的硬化，樹脂的硬化是通過烘焙完成的，從而消除了底板廠商的不同而造成的差異。以前曲翹量的時間變化都是設(shè)想在樹脂硬化完成后的狀態(tài)下發(fā)生的，所以并未考慮到樹脂未硬化的情況。
于是，平田等對樹脂未硬化狀態(tài)下曲翹量會因外力及溫度發(fā)生何種變化進(jìn)行了模擬，得到了曲翹量在硬化剛剛結(jié)束前劇烈增大的結(jié)果。換句話說，如果底板的樹脂硬化過程沒有完成，在回流焊工序中就很有可能會發(fā)生較大的曲翹。用戶在向底板廠商指定底板性能參數(shù)時一般只規(guī)定曲翹量，如果能進(jìn)一步提出完成硬化過程的要求，便可解決曲翹問題。
“最好今后再通過海外廠商來實(shí)用化”
九州工業(yè)大學(xué)石原教授作為研究成果介紹了雙面電極封裝（DFP），這是一種把半導(dǎo)體封裝重疊起來進(jìn)行安裝的PoP（package on package）封裝中下層封裝所使用的底板。使用對封裝的塑模樹脂進(jìn)行貫通而制成的電極柱，將封裝底板上的布線引到了封裝表面，能夠在封裝的整個上下面配置端子。
原來的PoP是通過裸露底板周圍部分而不是用塑模樹脂覆蓋整個封裝底板表面來配置與上層封裝連接的端子，與之相比，此次的技術(shù)具有封裝底板不易曲翹，且封裝自由度高的特點(diǎn)。石原表示，其研究小組對低成本制造DFP用電極柱的方法進(jìn)行了開發(fā)，目前在技術(shù)上已達(dá)到了實(shí)用化水平。
但石原同時又表示實(shí)用化還面臨一些問題。石原在尋找能夠合作的廠商時，日本廠商僅以技術(shù)負(fù)責(zé)人出面商談，之后便沒有進(jìn)展。原因是日本廠商在接受技術(shù)推銷時，估計已開始考慮競爭技術(shù)了。
而海外情況不同，目前已有廠商提出合作咨詢。該廠商的經(jīng)營層聽取了技術(shù)負(fù)責(zé)人的匯報，在對技術(shù)前景進(jìn)行判斷后迅速做出了答復(fù)。石原表示，“我所屬的九州工業(yè)大學(xué)是國立大學(xué)，當(dāng)然希望首先與日本國內(nèi)的廠商合作”，所以對海外廠商的提議一直未置可否。而與會者建議，“日本廠商在其他公司沒有實(shí)際使用過之前是不會行動的。只要不簽訂獨(dú)家授權(quán)合同，最好還是先給該海外廠商回話”。（記者：宇野 麻由子）
4項演講中有2項的話題與半導(dǎo)體封裝底板的曲翹有關(guān)。這兩項演講分別為NEC系統(tǒng)安裝研究所平田一郎所做的普通演講“結(jié)合樹脂粘彈性及硬化收縮的 Pkg（封裝）底板曲翹FEM（有限元法）模擬”，以及九州工業(yè)大學(xué)教授石原政道所做的特約演講“雙面電極封裝：DFP的開發(fā)及其應(yīng)用”。
特意將封裝底板做成非對稱形狀
半導(dǎo)體封裝的底板如果在主板過回流焊時發(fā)生曲翹，就會發(fā)生組裝時無法收放于機(jī)殼內(nèi)，或者焊點(diǎn)接觸不良等問題。NEC的平田介紹了通過計算以Excel 預(yù)測曲翹量的方法，以及如何利用FEM來分析曲翹量。NEC為了在設(shè)計的上游階段就考慮底板的曲翹量，開發(fā)了對來自硬度及粘性等材料特性造成的曲翹進(jìn)行預(yù)測的計算工具。
在該演講中，平田作為曲翹問題的解決方法及原因所指出的兩點(diǎn)令人頗感興趣。因為這些都是說起來都知道但卻容易忽視的問題。其中一點(diǎn)是要消除曲翹，只優(yōu)化底板沒有意義，必須要考慮整個封裝的形狀。一般情況下，為了減小曲翹，業(yè)內(nèi)大多采用將多層底板的層結(jié)構(gòu)沿厚度方向上下設(shè)計成對稱形狀。
不過，即使采用這一結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑶N量減至0，層間應(yīng)力也只是達(dá)到相互對稱狀態(tài)而未必是0。實(shí)際上，在封裝后對稱性就會受到破壞，這樣在過回流焊時因受熱就很可能發(fā)生曲翹。平田提出，“還有一種拋開封裝底板的對稱性，通過增加對曲翹及應(yīng)力進(jìn)行控制的層來解決的方法”。并表示今后將以這種底板為研究課題。
前提條件不同
另一點(diǎn)是過回流焊時大幅曲翹的原因?qū)嶋H上就在于樹脂硬化還未徹底完成。NEC對提高曲翹量預(yù)測精度進(jìn)行了研發(fā)。發(fā)現(xiàn)決定曲翹量的因素之一就是粘性率等材料特性。這些材料特性容易受到外力、溫度及其履歷的影響。為此NEC建立了使用計算機(jī)模擬技術(shù)，根據(jù)外力和溫度的時間變化來考慮材料特性，由此來預(yù)測曲翹量的系統(tǒng)。
雖然通過這種模擬系統(tǒng)在設(shè)計的上游（早期階段）就得到了曲翹量，但同時也需要調(diào)整模擬條件。具體而言，在回流焊條件及布線圖相同的情況下，如果外力及溫度相同的話，曲翹量就應(yīng)該相同，而結(jié)果卻是底板廠商的不同，出現(xiàn)的曲翹量也不同。因此，NEC首先決定對各廠商底板的曲翹量的不同進(jìn)行嚴(yán)格測定。然而，在委托外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密實(shí)測后，卻基本上未發(fā)現(xiàn)因底板廠商不同而造成的差異。
對外部機(jī)構(gòu)的曲翹量測定方法進(jìn)行確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)，帶去的測試品在測定前都經(jīng)過了烘烤（加熱）工序。該機(jī)構(gòu)進(jìn)行烘烤是為防止與測定項目無關(guān)的因素造成測定結(jié)果出現(xiàn)偏差。NEC委托的試驗品也按照這一工序在測定前經(jīng)過了烘烤。
根據(jù)在充分加熱后廠商間的曲翹量差異消失這一現(xiàn)象，NEC確立了一個假設(shè)，那就是底板廠商并未完成樹脂的硬化，樹脂的硬化是通過烘焙完成的，從而消除了底板廠商的不同而造成的差異。以前曲翹量的時間變化都是設(shè)想在樹脂硬化完成后的狀態(tài)下發(fā)生的，所以并未考慮到樹脂未硬化的情況。
于是，平田等對樹脂未硬化狀態(tài)下曲翹量會因外力及溫度發(fā)生何種變化進(jìn)行了模擬，得到了曲翹量在硬化剛剛結(jié)束前劇烈增大的結(jié)果。換句話說，如果底板的樹脂硬化過程沒有完成，在回流焊工序中就很有可能會發(fā)生較大的曲翹。用戶在向底板廠商指定底板性能參數(shù)時一般只規(guī)定曲翹量，如果能進(jìn)一步提出完成硬化過程的要求，便可解決曲翹問題。
“最好今后再通過海外廠商來實(shí)用化”
九州工業(yè)大學(xué)石原教授作為研究成果介紹了雙面電極封裝（DFP），這是一種把半導(dǎo)體封裝重疊起來進(jìn)行安裝的PoP（package on package）封裝中下層封裝所使用的底板。使用對封裝的塑模樹脂進(jìn)行貫通而制成的電極柱，將封裝底板上的布線引到了封裝表面，能夠在封裝的整個上下面配置端子。
原來的PoP是通過裸露底板周圍部分而不是用塑模樹脂覆蓋整個封裝底板表面來配置與上層封裝連接的端子，與之相比，此次的技術(shù)具有封裝底板不易曲翹，且封裝自由度高的特點(diǎn)。石原表示，其研究小組對低成本制造DFP用電極柱的方法進(jìn)行了開發(fā)，目前在技術(shù)上已達(dá)到了實(shí)用化水平。
但石原同時又表示實(shí)用化還面臨一些問題。石原在尋找能夠合作的廠商時，日本廠商僅以技術(shù)負(fù)責(zé)人出面商談，之后便沒有進(jìn)展。原因是日本廠商在接受技術(shù)推銷時，估計已開始考慮競爭技術(shù)了。
而海外情況不同，目前已有廠商提出合作咨詢。該廠商的經(jīng)營層聽取了技術(shù)負(fù)責(zé)人的匯報，在對技術(shù)前景進(jìn)行判斷后迅速做出了答復(fù)。石原表示，“我所屬的九州工業(yè)大學(xué)是國立大學(xué)，當(dāng)然希望首先與日本國內(nèi)的廠商合作”，所以對海外廠商的提議一直未置可否。而與會者建議，“日本廠商在其他公司沒有實(shí)際使用過之前是不會行動的。只要不簽訂獨(dú)家授權(quán)合同，最好還是先給該海外廠商回話”。（記者：宇野 麻由子）
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