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(jī)械應(yīng)力和翹曲變形是微電子封裝工業(yè)關(guān)注的問題之一。從器件失效的根源來看,許多熱-機(jī)械可靠性問題都和模塑封裝工藝完成后器件內(nèi)部的應(yīng)力和翹曲變形有關(guān);封裝完成后器件內(nèi)部的應(yīng)力值超過一定范圍就會(huì)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(jī)械載荷作用下,這些微小的缺陷或損傷會(huì)擴(kuò)展、匯合而形成宏觀裂紋,直接導(dǎo)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(diǎn)的裂紋或疲勞失效等。因此,對(duì)

2、模塑封裝工藝完成后器件的熱-機(jī)械應(yīng)力和翹曲變形進(jìn)行研究是很有必要的。
　　本文考慮樹脂固化應(yīng)力的影響,針對(duì)模塑封裝工藝完成后器件內(nèi)部的應(yīng)力和翹曲變形問題進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容如下:
　　本文采用一個(gè)擴(kuò)展的基于時(shí)間-溫度、時(shí)間-固化度等效原理的熱粘彈性本構(gòu)關(guān)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(duì)塑封材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、固化度間的關(guān)系以及固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù);固化動(dòng)力學(xué)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(duì)其封裝工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬分析;分析了在固化工藝結(jié)束后封裝體各個(gè)器件上應(yīng)力應(yīng)變分布情況和器件在垂直方向的變形,計(jì)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(duì)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(jié)束后器件的應(yīng)力分布和整體變形。分析了芯片內(nèi)部和EMC內(nèi)部的應(yīng)力,通過切片顯示找出了危險(xiǎn)點(diǎn),并選取典型路徑研究器件內(nèi)部應(yīng)力分布的趨勢(shì)。
　　本文研究結(jié)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(huì)使得器件在固化工藝完成后的翹曲變形有所增加,相對(duì)較薄的FR4基板可以降低翹曲變形的數(shù)值。對(duì)三維有限元模型最后的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行切片分析,能清晰的顯示出器件