模拟
封装底板曲翘有望通过改进得到解决
时间：2010-01-06 07:53:00
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[导读]以“新一代半导体封装微纳米应用技术”为主题的公开研讨会于2009年12月16日在东京举行（由日本电子安装学会布线板技术委员会下属的微纳米应用研究会举办）。
4项演讲中有2项的话题与半导体封装底板的曲翘有关。这
以“新一代半导体封装微纳米应用技术”为主题的公开研讨会于2009年12月16日在东京举行（由日本电子安装学会布线板技术委员会下属的微纳米应用研究会举办）。
4项演讲中有2项的话题与半导体封装底板的曲翘有关。这两项演讲分别为NEC系统安装研究所平田一郎所做的普通演讲“结合树脂粘弹性及硬化收缩的 Pkg（封装）底板曲翘FEM（有限元法）模拟”，以及九州工业大学教授石原政道所做的特约演讲“双面电极封装：DFP的开发及其应用”。
特意将封装底板做成非对称形状
半导体封装的底板如果在主板过回流焊时发生曲翘，就会发生组装时无法收放于机壳内，或者焊点接触不良等问题。NEC的平田介绍了通过计算以Excel 预测曲翘量的方法，以及如何利用FEM来分析曲翘量。NEC为了在设计的上游阶段就考虑底板的曲翘量，开发了对来自硬度及粘性等材料特性造成的曲翘进行预测的计算工具。
在该演讲中，平田作为曲翘问题的解决方法及原因所指出的两点令人颇感兴趣。因为这些都是说起来都知道但却容易忽视的问题。其中一点是要消除曲翘，只优化底板没有意义，必须要考虑整个封装的形状。一般情况下，为了减小曲翘，业内大多采用将多层底板的层结构沿厚度方向上下设计成对称形状。
不过，即使采用这一结构能够将曲翘量减至0，层间应力也只是达到相互对称状态而未必是0。实际上，在封装后对称性就会受到破坏，这样在过回流焊时因受热就很可能发生曲翘。平田提出，“还有一种抛开封装底板的对称性，通过增加对曲翘及应力进行控制的层来解决的方法”。并表示今后将以这种底板为研究课题。
前提条件不同
另一点是过回流焊时大幅曲翘的原因实际上就在于树脂硬化还未彻底完成。NEC对提高曲翘量预测精度进行了研发。发现决定曲翘量的因素之一就是粘性率等材料特性。这些材料特性容易受到外力、温度及其履历的影响。为此NEC建立了使用计算机模拟技术，根据外力和温度的时间变化来考虑材料特性，由此来预测曲翘量的系统。
虽然通过这种模拟系统在设计的上游（早期阶段）就得到了曲翘量，但同时也需要调整模拟条件。具体而言，在回流焊条件及布线图相同的情况下，如果外力及温度相同的话，曲翘量就应该相同，而结果却是底板厂商的不同，出现的曲翘量也不同。因此，NEC首先决定对各厂商底板的曲翘量的不同进行严格测定。然而，在委托外部机构进行精密实测后，却基本上未发现因底板厂商不同而造成的差异。
对外部机构的曲翘量测定方法进行确认后发现，带去的测试品在测定前都经过了烘烤（加热）工序。该机构进行烘烤是为防止与测定项目无关的因素造成测定结果出现偏差。NEC委托的试验品也按照这一工序在测定前经过了烘烤。
根据在充分加热后厂商间的曲翘量差异消失这一现象，NEC确立了一个假设，那就是底板厂商并未完成树脂的硬化，树脂的硬化是通过烘焙完成的，从而消除了底板厂商的不同而造成的差异。以前曲翘量的时间变化都是设想在树脂硬化完成后的状态下发生的，所以并未考虑到树脂未硬化的情况。
于是，平田等对树脂未硬化状态下曲翘量会因外力及温度发生何种变化进行了模拟，得到了曲翘量在硬化刚刚结束前剧烈增大的结果。换句话说，如果底板的树脂硬化过程没有完成，在回流焊工序中就很有可能会发生较大的曲翘。用户在向底板厂商指定底板性能参数时一般只规定曲翘量，如果能进一步提出完成硬化过程的要求，便可解决曲翘问题。
“最好今后再通过海外厂商来实用化”
九州工业大学石原教授作为研究成果介绍了双面电极封装（DFP），这是一种把半导体封装重叠起来进行安装的PoP（package on package）封装中下层封装所使用的底板。使用对封装的塑模树脂进行贯通而制成的电极柱，将封装底板上的布线引到了封装表面，能够在封装的整个上下面配置端子。
原来的PoP是通过裸露底板周围部分而不是用塑模树脂覆盖整个封装底板表面来配置与上层封装连接的端子，与之相比，此次的技术具有封装底板不易曲翘，且封装自由度高的特点。石原表示，其研究小组对低成本制造DFP用电极柱的方法进行了开发，目前在技术上已达到了实用化水平。
但石原同时又表示实用化还面临一些问题。石原在寻找能够合作的厂商时，日本厂商仅以技术负责人出面商谈，之后便没有进展。原因是日本厂商在接受技术推销时，估计已开始考虑竞争技术了。
而海外情况不同，目前已有厂商提出合作咨询。该厂商的经营层听取了技术负责人的汇报，在对技术前景进行判断后迅速做出了答复。石原表示，“我所属的九州工业大学是国立大学，当然希望首先与日本国内的厂商合作”，所以对海外厂商的提议一直未置可否。而与会者建议，“日本厂商在其他公司没有实际使用过之前是不会行动的。只要不签订独家授权合同，最好还是先给该海外厂商回话”。（记者：宇野 麻由子）
4项演讲中有2项的话题与半导体封装底板的曲翘有关。这两项演讲分别为NEC系统安装研究所平田一郎所做的普通演讲“结合树脂粘弹性及硬化收缩的 Pkg（封装）底板曲翘FEM（有限元法）模拟”，以及九州工业大学教授石原政道所做的特约演讲“双面电极封装：DFP的开发及其应用”。
特意将封装底板做成非对称形状
半导体封装的底板如果在主板过回流焊时发生曲翘，就会发生组装时无法收放于机壳内，或者焊点接触不良等问题。NEC的平田介绍了通过计算以Excel 预测曲翘量的方法，以及如何利用FEM来分析曲翘量。NEC为了在设计的上游阶段就考虑底板的曲翘量，开发了对来自硬度及粘性等材料特性造成的曲翘进行预测的计算工具。
在该演讲中，平田作为曲翘问题的解决方法及原因所指出的两点令人颇感兴趣。因为这些都是说起来都知道但却容易忽视的问题。其中一点是要消除曲翘，只优化底板没有意义，必须要考虑整个封装的形状。一般情况下，为了减小曲翘，业内大多采用将多层底板的层结构沿厚度方向上下设计成对称形状。
不过，即使采用这一结构能够将曲翘量减至0，层间应力也只是达到相互对称状态而未必是0。实际上，在封装后对称性就会受到破坏，这样在过回流焊时因受热就很可能发生曲翘。平田提出，“还有一种抛开封装底板的对称性，通过增加对曲翘及应力进行控制的层来解决的方法”。并表示今后将以这种底板为研究课题。
前提条件不同
另一点是过回流焊时大幅曲翘的原因实际上就在于树脂硬化还未彻底完成。NEC对提高曲翘量预测精度进行了研发。发现决定曲翘量的因素之一就是粘性率等材料特性。这些材料特性容易受到外力、温度及其履历的影响。为此NEC建立了使用计算机模拟技术，根据外力和温度的时间变化来考虑材料特性，由此来预测曲翘量的系统。
虽然通过这种模拟系统在设计的上游（早期阶段）就得到了曲翘量，但同时也需要调整模拟条件。具体而言，在回流焊条件及布线图相同的情况下，如果外力及温度相同的话，曲翘量就应该相同，而结果却是底板厂商的不同，出现的曲翘量也不同。因此，NEC首先决定对各厂商底板的曲翘量的不同进行严格测定。然而，在委托外部机构进行精密实测后，却基本上未发现因底板厂商不同而造成的差异。
对外部机构的曲翘量测定方法进行确认后发现，带去的测试品在测定前都经过了烘烤（加热）工序。该机构进行烘烤是为防止与测定项目无关的因素造成测定结果出现偏差。NEC委托的试验品也按照这一工序在测定前经过了烘烤。
根据在充分加热后厂商间的曲翘量差异消失这一现象，NEC确立了一个假设，那就是底板厂商并未完成树脂的硬化，树脂的硬化是通过烘焙完成的，从而消除了底板厂商的不同而造成的差异。以前曲翘量的时间变化都是设想在树脂硬化完成后的状态下发生的，所以并未考虑到树脂未硬化的情况。
于是，平田等对树脂未硬化状态下曲翘量会因外力及温度发生何种变化进行了模拟，得到了曲翘量在硬化刚刚结束前剧烈增大的结果。换句话说，如果底板的树脂硬化过程没有完成，在回流焊工序中就很有可能会发生较大的曲翘。用户在向底板厂商指定底板性能参数时一般只规定曲翘量，如果能进一步提出完成硬化过程的要求，便可解决曲翘问题。
“最好今后再通过海外厂商来实用化”
九州工业大学石原教授作为研究成果介绍了双面电极封装（DFP），这是一种把半导体封装重叠起来进行安装的PoP（package on package）封装中下层封装所使用的底板。使用对封装的塑模树脂进行贯通而制成的电极柱，将封装底板上的布线引到了封装表面，能够在封装的整个上下面配置端子。
原来的PoP是通过裸露底板周围部分而不是用塑模树脂覆盖整个封装底板表面来配置与上层封装连接的端子，与之相比，此次的技术具有封装底板不易曲翘，且封装自由度高的特点。石原表示，其研究小组对低成本制造DFP用电极柱的方法进行了开发，目前在技术上已达到了实用化水平。
但石原同时又表示实用化还面临一些问题。石原在寻找能够合作的厂商时，日本厂商仅以技术负责人出面商谈，之后便没有进展。原因是日本厂商在接受技术推销时，估计已开始考虑竞争技术了。
而海外情况不同，目前已有厂商提出合作咨询。该厂商的经营层听取了技术负责人的汇报，在对技术前景进行判断后迅速做出了答复。石原表示，“我所属的九州工业大学是国立大学，当然希望首先与日本国内的厂商合作”，所以对海外厂商的提议一直未置可否。而与会者建议，“日本厂商在其他公司没有实际使用过之前是不会行动的。只要不签订独家授权合同，最好还是先给该海外厂商回话”。（记者：宇野 麻由子）
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