微電子封裝高聚物熱、濕-機(jī)械特性及其封裝可靠性研究.pdf

1、信息技術(shù)和電子產(chǎn)品已成為當(dāng)今世界的第一大產(chǎn)業(yè)。IC的核心是集成電路芯片，但是每塊芯片都要經(jīng)過(guò)合適的封裝才能滿(mǎn)足使用要求。因此，隨著芯片集成水平的不斷提高，微電子封裝已與IC設(shè)計(jì)和制造共同構(gòu)成了IC產(chǎn)業(yè)的三大支柱。 本論文著重對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料進(jìn)行了疲勞破壞實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和對(duì)倒裝焊底充膠特性、倒裝焊可靠性以及濕熱對(duì)封裝材料的影響三方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要工作包括以下幾方面內(nèi)容： 第一方面。根據(jù)ASTMD-638標(biāo)準(zhǔn)制作試

2、件，通過(guò)常溫和高溫靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)繪出EMC材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，同時(shí)確定了材料相應(yīng)的力學(xué)性能。同樣采用ASTMD-638標(biāo)準(zhǔn)制作試件，然后對(duì)該試件進(jìn)行常溫和高溫的拉一拉疲勞實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同時(shí)測(cè)定材料的應(yīng)力應(yīng)變等值，通過(guò)測(cè)出的這些值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)現(xiàn)有的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，確定了環(huán)氧樹(shù)脂材料的疲勞壽命預(yù)測(cè)方程，通過(guò)此公式可以對(duì)溫度在25'(2～150'(2之間、一定應(yīng)力水平下的環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)，而且通過(guò)常溫疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出

3、了常溫時(shí)單對(duì)數(shù)S一N曲線。 運(yùn)用掃描電子顯微鏡分別對(duì)試件的常溫、高溫拉伸斷口和常溫、高溫疲勞斷口進(jìn)行顯微金相分析，得出了環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料的主要失效機(jī)制：常溫下顆粒與基質(zhì)間的分層、基質(zhì)問(wèn)的開(kāi)裂、顆粒本身的開(kāi)裂；而高溫時(shí)，由于環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料中基質(zhì)的軟化，顆粒與基質(zhì)間的分層是最主要的失效形式。用有限元數(shù)值模擬了實(shí)際微電子封裝器件PBGA的部分組裝、封裝和熱循環(huán)過(guò)程，對(duì)器件中應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析計(jì)算。同時(shí)采用所確定的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行

4、了封裝材料疲勞壽命的預(yù)測(cè)，進(jìn)而確定了環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料中可能失效和最可能失效的位置。 第二方面。倒裝焊因?yàn)榫哂凶疃痰碾娺B接通路、卓越的電氣性能和相當(dāng)高的FO數(shù)目成為高密度封裝中最有前途的互連技術(shù)之一。封裝材料經(jīng)受溫度循環(huán)過(guò)程，由于各材料間的熱膨脹失配，在封裝材料內(nèi)部將產(chǎn)生周期的應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程，導(dǎo)致封裝材料失效，最終引發(fā)芯片或焊點(diǎn)破壞。 為改善元器件的熱一機(jī)械性能，使用以碳纖維和粒子填充的聚合物并得出導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測(cè)模型和熱膨脹系

5、數(shù)預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)的底充膠導(dǎo)熱和匹配性能高于目前采用的底充膠；通過(guò)有限元模擬的方法，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響研究表明：高導(dǎo)熱系數(shù)底充膠可以使倒裝焊溫度均勻而降低應(yīng)力、應(yīng)變，提高可靠性；熱膨脹系數(shù)對(duì)應(yīng)力的影響作了模擬的研究結(jié)果表明：從使用的高、低熱膨脹系數(shù)的等效應(yīng)力來(lái)看，若熱膨脹系數(shù)的增加一倍，焊點(diǎn)邊緣的最大應(yīng)力與焊點(diǎn)的內(nèi)部應(yīng)力比有17-49﹪的增加；對(duì)填充了底充膠的倒裝焊焊點(diǎn)，分別用【C．MI與[E-W]公式對(duì)焊點(diǎn)壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了E