高可靠性電子封裝中防潮薄膜技術(shù)的研究.pdf

1、摘要_一一一一摘要在高可靠性電子封裝中，為了抵御高溫高濕的極端氣候，防潮薄膜技術(shù)有著極其重要的作用。本文著重從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面研究了有機(jī)無機(jī)雙層膜防潮技術(shù)相關(guān)的材料篩選、工藝優(yōu)化、防潮性能等，首次提出了硅酮加氮化硅雙層膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，并將該技術(shù)應(yīng)用于先進(jìn)的倒裝焊(FCOB)封裝的水汽敏感性研究。此外，首次深入研究了近室溫沉積的PECVD氮化硅薄膜的性質(zhì)和防潮性能，并有效地應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光器件(OLED)的封裝。通過對(duì)有機(jī)和無機(jī)防潮鍍層材

2、料的研究和篩選，確定了硅酮加氮化硅雙層膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案通過對(duì)硅酮涂敷工藝的優(yōu)化，得到了表面光滑平整無氣泡的硅酮涂層通過對(duì)氮化硅沉積參數(shù)的優(yōu)化，得到了防潮性能優(yōu)良、臺(tái)階覆蓋一致、大面積沉積均勻和在水汽及熱沖擊下穩(wěn)定性良好的氮化硅薄膜通過對(duì)在硅酮表面沉積氮化硅工藝的優(yōu)化得到了外觀平整性能優(yōu)良的硅酮氮化硅雙層防潮膜結(jié)構(gòu)。通過對(duì)在FR4基板上用引線鍵合和頂充膠封裝的濕度傳感器的進(jìn)一步測試，研究了在不同溫度濕度條件下研究無防護(hù)、氮化硅薄膜防護(hù)、硅

3、酮涂層防護(hù)、硅酮涂層加氮化硅薄膜防護(hù)四種情況下的水汽擴(kuò)散過程采用體擴(kuò)散模型和ANsys有限元軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)測出的水汽擴(kuò)散曲線進(jìn)行了擬合，從而計(jì)算出水汽的擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散激活能和水汽濃度在封裝體內(nèi)的分布及隨時(shí)間的變化。氮化硅薄膜和硅酮涂層防護(hù)的效果相近，雖有所改善但不理想這是由硅酮的聚合物結(jié)構(gòu)和氮化硅薄膜的臺(tái)階覆蓋性能所決定的。硅酮加氮化硅薄膜雙層防護(hù)的樣品表現(xiàn)出了優(yōu)異的防水性能，這是由于一方面硅酮本身可以阻擋水汽，另一方面硅酮又使得頂充膠的臺(tái)

4、階平滑化，可沉積出厚度均勻而致密的氮化硅防水膜。將有機(jī)無機(jī)雙層膜防潮技術(shù)的研究結(jié)果應(yīng)用于倒裝焊樣品的水汽防護(hù)，比較了無防護(hù)、氮化硅薄膜防護(hù)、硅酮涂層防護(hù)和硅酮涂層加氮化硅雙層膜防護(hù)四種情況下水汽對(duì)倒裝焊可靠性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:雖然水汽的侵入會(huì)逐漸降低芯片與環(huán)氧基材料界面的粘合強(qiáng)度，但水汽的單獨(dú)作用對(duì)倒裝焊可靠性影響不大。當(dāng)?shù)壮淠z材料吸收少量水汽時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致膠芯片界面的分層。溫度高達(dá)240℃時(shí)，溫度的單獨(dú)作用對(duì)倒裝焊可靠性影響也不大，

5、硅酮涂層加氮化硅雙層膜防護(hù)的倒裝焊芯片可以通過JEDEC水汽敏感一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。英文摘要AbstractHuangWeidong(Major:MaterialPhysicsandChemistry)Directed妙Prof.LuoLeMoistureresistantcoatingtechnologyisofgreatimportanceforhighreliabilityelectronicmodulesappliedinextremel

6、yhightemperatureandhighhumidityenvironment.Inthisthesisanorganicinorganicduallayermoistureresistantcoatingtechnologyincludingthematerialselectionprocessoptimizationandmoistureresistantabilitywasstudiedbybothexperimentand

7、simulation.Thentheduallayercoatingtechnologywasappliedintheresearchonthemoisturesensitivitylevelofadvancedflipchiponboard(FCOB)packaging.Thepropertiesandmoistureresistantabilitiesofplasmaenhancedchemicalvapordeposition(P

8、ECVD)SiNxfilmsdepositedatnearroomtemperaturewerealsostudiedfortheapplicationinorganiclightemitingdevices(OLE功packagingwhichneedabarrierlayeragainstmoistureandoxygendepositedatlessthan55C.AsiliconeSiNxduallayerstructurewa

9、susedbyselectiononvariousorganicconformalcoatingsandinorganicfilms.Alayerofsiliconecoatingwithsmoothsurfaceandwithoutbubbleswasobtainedbyoptimizationofcoatingprocess.PECVDSiNxfilmswithgoodmoistureresistantabilitystepcove

10、rageuniformityonlargeareastabilityunderhighhumidityenvironmentandthermalshockweredepositedbyoptimizationofdepositionparameters.ThenasiliconeSiNxduallayerstructurewithagoodsmoothsurfacewasobtainedbyprocessoptimizationofth

11、eSiNxdepositiononsiliconesurface.HumiditysensorsarewirebondedtoFR4laminateboardsasChipOnBoard(COB)andpackagedwithepoxybasedglobtop.ThemoisturediffusionsinglobtopmaterialofuncoatedSiNXcoatedsiliconecoatedandsiliconeplusSi

12、Nxdualcoatedsampleswereinvestigatedatthreedifferentenvironments70C85%RH85℃85%RHand950C85%RH.Theexperimentalresultsweresimulated妙FiniteElementMethodaccordingtoFicksbulkdiffusionlaw.Themoisturediffusioncoefficientsdiffusio

13、nactivatedenergiesandtimedependantdistributionsofmoistureconcentrationinCOBpackageswerecalculated.ThemoistureresistancesofSiNxcoatingandsiliconecoatingaresimilarandnotgoodenoughwhichisduetopoorstepcoverageofSiNxandpolyme