HITCE陶瓷陣列封裝板級互聯可靠性研究

蔣長順，仝良玉，張國華

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇無錫 214035）

1 前言

隨著集成電路功能和I/O數目的增加，陶瓷封裝引出端數量也相應提高，CDIP、CQFP等傳統封裝形式已不能滿足多I/O芯片的封裝要求。陶瓷陣列封裝的引出端分布在基板底面，引出端可有效利用的面積更大，從而可以支持更多的引出數量。根據引出端互聯形式的不同，陶瓷陣列封裝可以分為針柵陣列封裝（CPGA）、球柵陣列封裝（CBGA）、柵格陣列封裝（CLGA）、柱柵陣列封裝（CCGA）幾種形式。其中CPGA和CLGA引線的密度也相對較低；CBGA和CCGA引出端分別為焊球和焊柱，引出的密度也更高。

集成電路封裝材料與組裝板材料系統的匹配是影響產品可靠性的關鍵因素之一，由于不同材料熱膨脹系數（CTE）的差異，溫變載荷下的周期性熱應力往往會造成封裝互連的疲勞失效[1]。HTCC氧化鋁陶瓷封裝的 CTE（約 6.5×10-6/℃）與硅基芯片的 CTE（約 3.5×10-6/℃）匹配良好，芯片與基板之間的倒裝焊凸點互聯（一級互連）可靠性較好。但陶瓷材料與有機印制板的CTE（約15×10-6/℃）失配較大，令人關注的是其板級互連（或二級互連）可靠性。

本文介紹氧化鋁CBGA、CCGA陶瓷陣列封裝結構及其封裝互連可靠性，采用有限元方法對高熱膨脹系數陶瓷材料（HITCE陶瓷）的封裝互聯可靠性進行了仿真分析。

2 CBGA和CCGA的封裝結構與互聯可靠性

CBGA和CCGA的主要區別在于焊球和焊柱的高度不同：焊球高度較小，與PCB板的耦合更好，在信號傳輸、導熱路徑短等方面有一定優勢；而焊柱高度則較大，有利于緩解熱失配產生的應力應變，通常應用于大尺寸陶瓷封裝中。……