模塑封裝工藝的數(shù)值模擬.pdf

1、微電子器件封裝完成后器件的熱-機械應力和翹曲變形是微電子封裝工業(yè)關注的問題之一。從器件失效的根源來看,許多熱-機械可靠性問題都和模塑封裝工藝完成后器件內(nèi)部的應力和翹曲變形有關;封裝完成后器件內(nèi)部的應力值超過一定范圍就會在封裝體內(nèi)產(chǎn)生損傷或缺陷,在后續(xù)的生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品的使用過程中的熱-機械載荷作用下,這些微小的缺陷或損傷會擴展、匯合而形成宏觀裂紋,直接導致器件的失效、引起界面脫層或間接引起其它材料失效,如焊點的裂紋或疲勞失效等。因此,對

2、模塑封裝工藝完成后器件的熱-機械應力和翹曲變形進行研究是很有必要的。
　　本文考慮樹脂固化應力的影響,針對模塑封裝工藝完成后器件內(nèi)部的應力和翹曲變形問題進行了研究。研究內(nèi)容如下:
　　本文采用一個擴展的基于時間-溫度、時間-固化度等效原理的熱粘彈性本構關系來描述材料在固化過程中的粘彈性行為;采用示差掃描量熱法(DSC)對塑封材料進行實驗研究,得到玻璃化轉變溫度、固化度間的關系以及固化反應動力學模型參數(shù);固化動力學模型的參數(shù)將

3、作為有限元軟件中新功能模塊的輸入?yún)?shù)。
　　本文采用參數(shù)化建模的方法,建立了PBGA的二維有限元模型,使用有限元軟件對其封裝工藝進行了數(shù)值模擬分析;分析了在固化工藝結束后封裝體各個器件上應力應變分布情況和器件在垂直方向的變形,計算出PBGA器件中硅芯片的垂直失效率,分析了作為填充料球狀融凝態(tài)二氧化硅的百分比高低以及EMC、硅芯片和基板的厚度變化對整體變形的影響。
　　本文建立了HVQFN的三維有限元模型并模擬其封裝工藝過程,

4、分析了工藝結束后器件的應力分布和整體變形。分析了芯片內(nèi)部和EMC內(nèi)部的應力,通過切片顯示找出了危險點,并選取典型路徑研究器件內(nèi)部應力分布的趨勢。
　　本文研究結果表明:作為填充料球狀融凝態(tài)二氧化硅百分比越高,翹曲變形越小;增加EMC的厚度可以降低固化后的翹曲變形程度,硅芯片厚度過薄會使得器件在固化工藝完成后的翹曲變形有所增加,相對較薄的FR4基板可以降低翹曲變形的數(shù)值。對三維有限元模型最后的應力狀態(tài)進行切片分析,能清晰的顯示出器件