我們看到全球范圍內(nèi)有相當(dāng)多的活動專注于開發(fā)玻璃芯基板組件和中介層，然而，正如我們中的一些人經(jīng)常提到的那樣，我們很少看到由這些基板構(gòu)建的任何模塊的可靠性數(shù)據(jù)。

Absolics（韓國 SK 公司美國分部）的工作是此類工作中進(jìn)展最快的，因為它實際上正在完成位于喬治亞州科文頓的一條生產(chǎn)線的安裝。（見IFTLE 587和IFTLE 601）在最近于波士頓舉行的IMAPS會議上，欣興電子的John Lau——無疑是世界五大封裝專家之一——發(fā)表了關(guān)于“玻璃芯基板組件的焊點可靠性”的演講。

Unimicron 的有限元建模工作比較了玻璃芯基板上的倒裝芯片微焊點和 PCB 上的 C4 焊點之間的熱疲勞可靠性。然后將它們與具有傳統(tǒng)有機芯積層結(jié)構(gòu)的相同結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1：安裝在玻璃芯基板上的芯片與安裝在帶有 μbump 的標(biāo)準(zhǔn) PCB 芯基板上的芯片，然后安裝在帶有 C4 凸塊的 PCB 上。

在本研究中，微凸塊的焊料帽由 Sn0.7Cu（熔點 227°C）制成，C4 凸塊的焊料為 Sn3Ag0.5Cu（熔點 217）。芯片尺寸為 10mm x 10mm x 350μm 厚。芯片頂部和底部各有兩層積層。介電層厚度為 5μm，銅層厚度為 3μm。

整體翹曲

對于有機芯基板組件，在 85°C 時 PCB 膨脹幅度大于有機封裝基板和硅芯片，應(yīng)力導(dǎo)致凸形翹曲。在 -40°C 時 PCB 收縮幅度大于有機封裝和硅芯片，導(dǎo)致翹曲凹形。

對于具有玻璃芯基板的 PCB 組件，在 85°C 時結(jié)構(gòu)凸起，在 -40°C 時結(jié)構(gòu)凹陷 ，就像有機芯基板一樣，但變形的幅度不同。玻璃芯基板結(jié)構(gòu)的最大變形在 85°C 時為 73μm，在 -40°C 時為 -103μm，而有機芯基板在相同溫度下分別為 58μm 和 69μm。基本上，堆疊封裝基板和 PCB 之間的熱膨脹系數(shù) (TCE) 失配越大，變形越大。

撞擊應(yīng)力

當(dāng)研究凸起處的應(yīng)力時，人們會關(guān)注應(yīng)力最大的角落凸起。

他們檢查了有機芯與玻璃芯基板的角落微凸塊之間積累的非彈性應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)玻璃芯的最大應(yīng)變小于有機芯的最大應(yīng)變（圖 2）。

圖 2：有機和玻璃基板結(jié)構(gòu)角部凸塊的最大累積非彈性應(yīng)變時間變化曲線。（來源：John Lau、Unimicron、IMAPS Symsposium 2024）

這是因為玻璃芯基板與硅片之間的TCE失配度比有機芯基板與硅片之間的TCE失配度小。

隨后，欣興電子研究了角落 C4 焊點的應(yīng)變分布。結(jié)果如圖 3 所示。結(jié)果表明，玻璃芯基板 C4 凸塊應(yīng)變高于有機芯基板。

圖 3：有機和玻璃基板結(jié)構(gòu)的角 C4 焊點中最大累積非彈性應(yīng)變時間變化曲線。

這是因為玻璃芯基板與PCB之間的TCE失配比有機芯基板與PCB之間的TCE失配要大。

結(jié)論：

采用玻璃芯基板的整體結(jié)構(gòu)的翹曲度比采用有機芯的要大，這主要是由于TCE不匹配較大造成的。

由于芯片和玻璃芯之間的 TCE 不匹配較小，因此 μbump 焊點的非彈性應(yīng)變在玻璃芯基板中大約小 2 倍。

由于 TCE 不匹配較大，C4 焊點的非彈性應(yīng)變對于玻璃芯基板來說要大 2 倍以上。

這些結(jié)果中哪一個最重要將取決于整體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，但這種建模肯定表明，使用這些玻璃芯基板肯定會對整體組件可靠性產(chǎn)生影響。