题目：基于3D MCM高密度存储器微组装关键技术的研究

摘 要 随着电子器件性能、功能的提高，对其体积和重量的要求也就越来越高，再加上军用卫星、导弹、雷达、制导、军事通信等型号研制任务的迫切需求，对高密度电子器件的集成新技术—三维多芯片组件技术（Three Dimensional Multi-Chip Module，3D MCM）的研究变得越来越重要。国外对3D MCM技术的研究已经比较深入，相继研制出很多3D MCM产品模块；而国内系统性的研究开展不多，本论文针对基于3D MCM技术的高密度存储器微组装若干关键技术进行了深入的研究，旨在填补国内在这方面的不足，为国内实现3D封装技术的实用化提供技术积累。本论文的主要研究工作如下： 首先，研究了叠层型3D MCM的结构设计、工艺设计技术，其关键工艺技术为叠层间的互连技术；设计了3D高密度存储器组件的结构和组装工艺，制作了3D存储器样品，其多层布线基板采用低温共烧陶瓷技术（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC），叠层的层数可达四层，每层基板上最多可布八个芯片，实现了高密度大容量静态存储器模块的微组装。 其次，随着电子器件组装密度的增加，单位体积的功耗也相应增加，因此高密度封装中其热分析和可靠性分析技术变得越来越重要，本论文分别利用热阻分析技术和有限元热分析技术对3D MCM组件进行了热分析。推导了一维热传导方式的热阻网络计算公式，计算了各工作芯片的结点温度，并与有限元分析结果进行了对比，证明了利用热阻分析技术可以对3D MCM组装模块进行有效的定性分析；同时在一维传热方式的基础之上对三维传热方式的热阻分析技术进行了探讨。 利用有限元热分析技术（采用ANSYS有限元软件）对3D存储器模块进行了三维温度场仿真，模拟了模块在实际工作中温度场的分布，并将其表面温度与热像仪所测的实际值进行了比较，证明了仿真结果的正确性，同时分析了3D微组装工艺中各种结构参数、材料性能以及外部条件等对3D存储器组件实际工作温度的影响。 接下来，针对3D存储器模块的微组装可靠性技术进行了分析，主要分析了3D组件叠层间互连SnPb焊料热循环的可靠性。采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了复合Sn60Pb40焊料的粘塑性行为；利用有限元分析工具，分析了SnPb焊料在热循环载荷条件下应力—应变的变化规律，从而给出了在3D模块垂直互连结构中SnPb焊料产生应力最大的位置，并通过SnPb焊料的非弹性应变范围对焊料的热循环寿命进行了预测。 叠层型3D MCM的测试技术非常复杂，包括裸芯片测试、多层布线基板测试、2D MCM组件测试、3D组件测试、模块功能测试、电学参数测试等多个内容，论文中给出了3D存储器组件组装过程中的测试结果以及模块组装后的性能测试结果。 最后，针对3D MCM设计的复杂性，阐述了用于3D MCM综合设计的系统集成软件设计思想和方法，建立了一套集成设计平台，给出了各工具软件的设计流程和分析方法，并对相应的软件进行了二次开发，形成了必要的接口程序，实现了3D MCM各功能软件之间的协同设计和仿真分析。