全球最大的硅代工企業(yè)——臺(tái)灣臺(tái)積電（TSMC）在上屆的“ECTC 2014”上只做了一場(chǎng)演講，而本屆做了四場(chǎng)演講。其中兩場(chǎng)是關(guān)于三維積層的，其余兩場(chǎng)是關(guān)于晶圓級(jí)CSP（wafer-level chip scale package：WLCSP）的。
題為“A flexible interconnect technology demonstrated on a Wafer-level Chip Scale Package”的演講（演講序號(hào)20-2），是關(guān)于旨在提高200mm2大面積芯片的WLCSP封裝可靠性的內(nèi)容。臺(tái)積電不僅從事半導(dǎo)體前工序，還在向晶圓級(jí)封裝領(lǐng)域擴(kuò)大業(yè)務(wù)，其技術(shù)水平備受關(guān)注。
不用底部填充樹(shù)脂也可以確保封裝可靠性
一般而言，WLCSP的芯片面積越大，封裝基板與硅之間的熱膨脹差所導(dǎo)致的應(yīng)力就越大。因此，基板與WLCSP的接合處——焊球上會(huì)產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致封裝可靠性降低。為改善這一點(diǎn)，原來(lái)采取的方法是在基板封裝后在基板與芯片之間注入底部填充樹(shù)脂來(lái)加固的。
與之不同的是，此次的目標(biāo)是，即便是大芯片也不用注入底部填充樹(shù)脂便可以確保封裝可靠性。在硅芯片上呈陣列狀排列焊盤(pán)（Pad)，以銅線(xiàn)鍵合形成N字形引線(xiàn)端子。將線(xiàn)頭作為連接端子，在以錫膏印刷方式預(yù)涂了焊盤(pán)(land)的印刷基板上作倒裝芯片接合。
臺(tái)積電對(duì)這種樣品實(shí)施了跌落試驗(yàn)和溫度循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)估了封裝可靠性。結(jié)果表明，兩項(xiàng)試驗(yàn)可靠性都得到改善，據(jù)稱(chēng)由此得出即使大面積芯片，也可以不用底部填充樹(shù)脂就能實(shí)現(xiàn)出色的封裝可靠性。
驗(yàn)證使用的樣品是在200mm2的正方形硅芯片上，呈陣列狀排列了1000多個(gè)400μm間隔的圓形焊盤(pán)，并作銅線(xiàn)鍵合的。在N字形引線(xiàn)形成技術(shù)上，引線(xiàn)鍵合廠(chǎng)商日本KAIJO公司予以了幫助。
評(píng)估銅線(xiàn)粗細(xì)和有無(wú)涂層的影響
臺(tái)積電分別評(píng)估了直徑30μm和38μm兩種水平銅線(xiàn)鍵合的樣品。在跌落試驗(yàn)中，直徑30μm的樣品在跌落30次時(shí)出現(xiàn)缺陷，而直徑38μm的樣品的壽命是30μm的大約2倍。而在溫度循環(huán)試驗(yàn)中，原來(lái)利用焊球封裝的樣品在300個(gè)周期后出現(xiàn)缺陷，而采用N字形銅線(xiàn)鍵合的樣品壽命達(dá)到2000多次。直徑30μm銅線(xiàn)的壽命比38μm銅線(xiàn)的壽命長(zhǎng)2.7倍。
就這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，臺(tái)積電解釋說(shuō)，跌落試驗(yàn)中粗銅線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度大，不容易斷，而溫度循環(huán)試驗(yàn)中細(xì)銅線(xiàn)容易變形，不會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中。如圖2所示，銅線(xiàn)的裂縫是因?yàn)閼?yīng)力集中于焊接處造成的。
另外，臺(tái)積電介紹，在評(píng)估裸銅線(xiàn)和鍍鈀銅線(xiàn)2種銅線(xiàn)的溫度循環(huán)可靠性時(shí)發(fā)現(xiàn)：鍍鈀銅線(xiàn)的溫度循環(huán)可靠性更好一些。兩者的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)不同，鍍鈀銅線(xiàn)能夠承受較大應(yīng)力，因此可靠性良好。
有聽(tīng)眾尖銳地指出，通過(guò)N字形引線(xiàn)鍵合（過(guò)去曾稱(chēng)S字形引線(xiàn)鍵合或cobra conduct等）來(lái)提高封裝可靠性的手段15年前就已提出，并反復(fù)評(píng)估過(guò)，臺(tái)積電此次的發(fā)布的創(chuàng)新性在哪里？過(guò)去所做的評(píng)估樣品是以Au線(xiàn)鍵合后再鍍Ni的樣品為主，而此次用銅線(xiàn)來(lái)做封裝可靠性評(píng)估，其材料的不同可以說(shuō)是創(chuàng)新吧。其評(píng)估和分析都符合邏輯，可見(jiàn)臺(tái)積電封裝技術(shù)水平的提高。（特約撰稿人：特約撰稿人：中島宏文，IEEE電子元件、封裝及制造技術(shù)學(xué)會(huì)亞太區(qū)計(jì)劃主管