POP 组装工艺及可靠性研究
背景：
自从Amkor推出POP封装技术至今，业界关于POP技术的研究热情从来没有停止过，Amkor公司本身对于POP的组装及可靠性进行了相当多的研究，业界的OEM厂也就POP的应用等进行了大量的研究，目前POP在很多的PDA等终端产品中都有应用。
目前业界的贴片机大都进行了POP组装方面的研究，基本都支持POP的组装，比如SIMENS，Universial，Assemblon，Panasonic等。
JSTD95标准第22章节（Fine-pitch, Square Ball Grid Array Package (FBGA) Package-on-Package (PoP) ，2007 年9月，B版本）定义POP尺寸最大为21 mm×21 mm，引脚间距0.4 mm、0.5 mm、0.65 mm和0.8 mm；
JC63组织关于POP顶层存储器引脚输出标准化的制定中显示的最大尺寸为16 mm×16 mm(07年11月版本)，引脚间距为0.5、0.65；
1 实验设计
1.1 器件信息
项目研究用的POP器件信息见表1。
1.2 PCB设计及器件布局
PCB设计及器件布局如图2所示。
1.3 组装用材料
组装材料包括锡膏、POP top层用助焊剂、POP top层用锡膏、Underfill。顶层助焊剂材料选择F1，顶层焊接锡膏材料选用S1和S2两种，underfill材料选择U1和U2。PoP top层用焊接材料信息见表2。Underfill材料性能参数见表3。
2 组装试验过程及结果分析
2.1 器件高温变形测试
采用DIC（Digital image correlation）方法进行器件的高温变形测试。
对于器件高温变形，选取测试温度为：25 – 40 – 55 – 70 – 85 – 100 – 115 – 130 – 145 – 160 – 175 – 190 – 205 – 220 – 240 (°C)，测试结果主要考虑下面对角方向，测量位置主要考虑POP底部器件顶层，POP顶部器件底层以及两个器件堆叠后的底层，测试时所有焊球都被移除。
对于POP底部器件相对变形（以室温测量结果为参考平面）测试结果的3D图像如下所示：
结果显示，POP底部单个器件高温变形在0.1 mm，顶部器件高温变形在0.03mm，而两个器件焊接在一起后的高温变形在0.07 mm。器件变形都是笑脸。
2.2 顶层器件助焊剂浸渍
POP顶部器件的焊球高度的标称值为0.3 mm，其中min＝0.27 mm。max＝0.33 mm，其30％和50％深度的尺寸分别为：0.09 mm和0.15 mm，考虑到厚薄尺的规格，将浸蘸深度调整为3.5 mil～4 mil和6 mil。
从图片上可以看出，用来POP加工的flux的粘度较正常使用的flux粘度要低，当把器件倒立时，flux由于重力作用有向下流动的情况；浸蘸30％厚度的sloder的情况下，蘸取的锡膏量较少，并且由于器件焊球高度本身存在差异，导致不同的焊球蘸取锡膏的量也有不同。
2.3 5DX检测
对单板进行5DX检测，均没有发现连锡情况，并且5DX通过调整聚焦位置，可以清晰看到不同层的焊球情况，如下图：
2.4 组装试验结果
组装试验阶段全部采用B的POP器件，器件的测试结果见表4。
从上面的组装测试结果来看， flux的组装质量是最稳定的，截至目前还没有出现过任何不良。
对浸蘸不同flux和solder的加工单板的器件，进行切片观察，并进行了相关的焊点尺寸的测量，由于底部器件焊接所用材料及温度曲线均相同，因此不同实验参数之间切片分析无显著差异，所有器件切片均有一个明显特征，显示出边角处standoff较高而中心焊点standoff较低的特征，如下图所示。
