面陣列封裝互連結構熱循環(huán)翹曲變形抗力研究.pdf

1、隨著電子信息技術的發(fā)展，對微電子封裝技術提出了更為嚴格的要求。BGA、CCGA和CuCGA互連形式作為目前先進的、符合高密度高可靠性要求的面陣列封裝結構得到廣泛應用，所以完善BGA、CCGA和CuCGA互連結構可靠性的研究具有十分重要的意義。本課題組在開展對以上三種面陣列互連結構形式在剪切載荷和壓曲載荷下承載能力對比研究的同時，本文則利用有限元分析軟件對焊球陣列、釬料柱陣列和銅柱陣列互連結構形式在熱循環(huán)載荷下的翹曲變形抗力進行對比，并研

2、究銅柱陣列互連結構形狀參數(shù)對翹曲變形抗力的影響規(guī)律。旨在研究焊球和焊柱陣列互連形式的轉變對焊點應力和基板翹曲變形程度的影響規(guī)律，為面陣列互連結構的形狀參數(shù)設計和選擇提供依據(jù)。
　　由于焊球（柱）陣列連接形式可以被應用于一級、二級封裝及晶圓級封裝等形式中，會形成兩端基板的多種搭配形式，本文針對熱循環(huán)翹曲變形抗力的對比研究僅以焊球（柱）兩端分別為陶瓷基板和FR-4樹脂基板為例進行。限于設備運算能力，將互連結構簡化為2×2陣列進行研究。

3、熱循環(huán)溫度范圍為-40～125℃、升降溫速率為5℃/min、高低溫保溫時間為10 min。研究結果表明:
　　焊球陣列、釬料柱陣列和銅柱陣列互連結構在熱循環(huán)載荷下會在結構內部產(chǎn)生一定的熱應力，應力最大值出現(xiàn)在釬焊圓角處，此處最易萌生裂紋;距結構中心最遠處的焊點等效應力最大;在該種基板匹配情況下，樹脂基板發(fā)生了翹曲變形，并且該翹曲變形隨時間和溫度呈現(xiàn)周期性變化，變形最大位置出現(xiàn)在樹脂基板的四角處。三種陣列互連形式中，焊球陣列互連結構

4、在熱循環(huán)過程中的焊點應力和基板翹曲變形最大，釬料柱陣列次之，銅柱陣列最小。
　　針對形狀參數(shù)（焊柱長徑比、基板厚度、焊盤中心距）和端頭優(yōu)化對銅柱陣列互連結構熱循環(huán)翹曲變形抗力的影響分析，研究結果表明:
　　焊點應力和基板翹曲變形隨著長徑比(4～16)的增加呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢，基板翹曲變形在長徑比為7時取到最大值，為42.93μm。同時，樹脂基板的翹曲最大位移隨基板厚度(0.3～1.5 mm)的增加而降低，當基板厚度從0

5、.3mm增加到1.0 mm時，翹曲變形最大位移降低了83.74％(長徑比為10)和81.92％(長徑比為7)。此外，基板的翹曲變形隨著焊盤中心距(2、3、4、5mm)的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，在焊盤中心距為4 mm時翹曲變形取到最大值。
　　Cu柱兩端由電火花燒球后壓成“球臺”形，形成改良后的銅柱柵陣列互連結構，由于應力集中位置由性能薄弱的釬料轉變?yōu)榫C合性能優(yōu)異的Cu，釬焊圓角處應力大為降低，互連結構熱循環(huán)翹曲變形抗力進一步增