中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在電子封裝領(lǐng)域，玻璃基板憑借其優(yōu)異的性能展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景，但翹曲變形問(wèn)題始終是制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。深入探究玻璃基板翹曲的成因、影響及控制方法，對(duì)提升封裝質(zhì)量與可靠性具有重要意義。​

玻璃基板翹曲的核心根源在于內(nèi)部各組成材料熱膨脹系數(shù)（CTE）的差異。在制造過(guò)程中，不同材料受熱脹冷縮程度不同，會(huì)產(chǎn)生不均勻的熱應(yīng)變，這些應(yīng)變?cè)诓牧辖缑嫣幉粩嗬鄯e形成機(jī)械應(yīng)力，最終導(dǎo)致板體發(fā)生表面不平整的翹曲現(xiàn)象。這種由CTE差異引發(fā)的翹曲，會(huì)給封裝過(guò)程帶來(lái)一系列嚴(yán)重問(wèn)題。一方面，它會(huì)影響封裝工藝的可行性，尤其在倒裝芯片過(guò)程中，過(guò)大的翹曲會(huì)使部分焊球無(wú)法與焊盤(pán)可靠接觸，甚至出現(xiàn)短路橋接，直接造成封裝失�。涣硪环矫�，即便勉強(qiáng)完成封裝，翹曲引發(fā)的內(nèi)部應(yīng)力會(huì)在芯片與基板之間形成殘余形變，進(jìn)而誘發(fā)焊點(diǎn)開(kāi)裂、芯片破損等可靠性隱患，嚴(yán)重影響電子器件的使用壽命。

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盡管翹曲在一定程度上受材料特性和工藝不確定性影響，但通過(guò)科學(xué)手段仍可實(shí)現(xiàn)有效控制。而要精準(zhǔn)控制翹曲，首先需明確其不確定性的具體體現(xiàn)。其一，以ABF（味之素堆積膜）為代表的增層介質(zhì)以有機(jī)樹(shù)脂為主體，在熱加工過(guò)程中需經(jīng)歷從半固化到完全固化的化學(xué)轉(zhuǎn)變。此過(guò)程中，分子間交聯(lián)可能存在不完全情況，且固化行為會(huì)隨溫度變化持續(xù)演化，導(dǎo)致材料最終物性存在差異。其二，吸濕性也是不可忽視的影響因素，層壓材料普遍具有一定吸水率，制程完成后的基板暴露在空氣中會(huì)逐漸吸收環(huán)境水汽，這些水分在材料內(nèi)部擴(kuò)散引發(fā)尺寸膨脹，干擾原有應(yīng)力平衡，產(chǎn)生額外翹曲。其三，玻璃材料在切割、拋光或TGV激光成孔等加工過(guò)程中，可能產(chǎn)生初始?xì)堄鄳?yīng)力，若這些應(yīng)力未完全釋放或分布不均，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)制程中翹曲行為出現(xiàn)不確定性。​

針對(duì)玻璃基板翹曲問(wèn)題，眾多學(xué)者展開(kāi)了深入研究并取得了重要成果。Jiang等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，相較于楊氏模量，CTE對(duì)基板翹曲的影響更為顯著，尤其是在基板核心材料與聚合物層壓介質(zhì)的相互作用中，優(yōu)化聚合物材料的CTE參數(shù)是改善翹曲性能的更有效途徑。研究數(shù)據(jù)表明，采用低CTE的核心層材料并搭配高附著力聚合物層壓材料的結(jié)構(gòu)組合，能夠顯著降低整體翹曲水平，有效提升封裝結(jié)構(gòu)的熱機(jī)械穩(wěn)定性。

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基板核心層材料的CTE對(duì)基板翹曲的影響 來(lái)源：Jiang. Semiconductor chip and package co-design and assembly for dual use in flip chip and wirebond BGA packages

佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)也在玻璃基板翹曲控制方面取得了突破性進(jìn)展。他們將含有GPU和HBM的芯片集成在玻璃基板中，通過(guò)對(duì)大尺寸玻璃封裝可靠性和翹曲的研究，確定出最優(yōu)CTE范圍為2.3~3.4*10-6K-1，芯板厚度為400~600μm。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了測(cè)試芯片，經(jīng)X射線檢測(cè)，芯片電氣連接優(yōu)良，這一研究成果為大尺寸玻璃基板在高端電子封裝中的應(yīng)用提供了重要參考依據(jù)，也為進(jìn)一步優(yōu)化玻璃基板翹曲控制技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。​

基于大尺寸玻璃基板的封裝示意圖 來(lái)源：Surillo.Bayesian optimization of large glass package architecture for system-level reliability in high-performance computing applications

綜上所述，玻璃基板翹曲變形問(wèn)題雖受多種因素影響，但通過(guò)精準(zhǔn)把控材料選擇、優(yōu)化工藝參數(shù)等方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)翹曲的有效控制。未來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷革新與完善，玻璃基板必將在電子封裝領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為電子器件向更高性能、更高可靠性方向發(fā)展提供有力支撐。​

參考來(lái)源:

趙瑾.玻璃基板技術(shù)研究進(jìn)展

Surillo.Bayesian optimization of large glass package architecture for system-level reliability in high-performance computing applications

Jiang. Semiconductor chip and package co-design and assembly fordual use in flip chip and wirebond BGA packages

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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