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文檔簡介
1、GreatHumanTechnologyINC.Technologicrept1倒裝片的若干可靠性相關(guān)問題1引言倒裝片粘結(jié)是帶焊接處凸臺(tái)的硅片被倒置、然后被直接粘結(jié)到芯片載體上的一種技術(shù)。倒裝片技術(shù)已用來為大量輸入/輸出(I/O)引線和硅芯片上的面陣焊接凸臺(tái)互連到芯片載體上?,F(xiàn)已證明,以陶瓷為襯低是非常可靠的,因?yàn)樾酒c陶瓷襯底的熱膨脹系數(shù)失配不高。特別是底層填充劑的采用,使倒裝片互連的可靠性得到提高。液態(tài)封裝劑通過毛細(xì)管的作用被分配
2、和吸入到芯片與襯底之間的空隙中,然后,封裝劑通過烘烤來固化,使所有焊接凸臺(tái)得到加強(qiáng),從而使焊接凸臺(tái)的疲勞壽命得到提高。適合用作底層填充劑的高性能環(huán)氧樹脂為基的填充材料可大大提高管殼的疲勞壽命,并對(duì)生產(chǎn)流程的影響極小。由于迫切需要減少現(xiàn)有SMT/FCOB生成線的循環(huán)時(shí)間和成本,目前正在開發(fā)材料系統(tǒng),以便把再流焊與底層填充過程集成。目前,倒裝片塑料封裝已被認(rèn)為是下一代電子器件的先進(jìn)封裝技術(shù),該技術(shù)已在歐洲和日本得到廣泛應(yīng)用。不過,由于所用
3、的材料不同,引起溫濕應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生。這些封裝在被各種應(yīng)用接受之前,其可靠性仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。本文評(píng)論了倒裝片封裝的若干可靠性問題。2倒裝片封裝的熱機(jī)械開裂和預(yù)防由于倒裝片封裝的界面很多,封裝對(duì)減聚力或分層敏感。開裂是第二個(gè)重要失效模式。典型的開裂包括芯片開裂,凸臺(tái)下開裂,底層開裂以及襯底PTH/微型通路開裂。焊球與低層之間產(chǎn)生空穴也是典型的失效模式。傳統(tǒng)的倒裝片封裝的不完整填充是一個(gè)嚴(yán)重問題,這需要進(jìn)行評(píng)價(jià)。不同的底層就會(huì)
4、產(chǎn)生不同的失效模式。例如,對(duì)于傳統(tǒng)的底層填充的倒裝片封裝而言,鈍化層與底層之間的分層更為關(guān)鍵;而對(duì)于可再流的底層而言,襯底表面附近的焊接互連會(huì)引起開裂。應(yīng)注意,傳統(tǒng)的填充量大,而可再流底層的填充量小,這樣,它們之間的機(jī)械與熱性能就有很大的差別。3底層填料選擇與設(shè)計(jì)如上所述,底層填料特性對(duì)于倒裝片封裝的可靠性來說是至關(guān)重要的。不過,目前市場上有許多底層填料可買到。合適的底層填料選擇對(duì)于特定倒裝片封裝應(yīng)用來說是至關(guān)重要的。底層填料的熱膨
5、脹系數(shù)(CTE)、熱解重量(Tg)楊氏模量、粘性硫化時(shí)間和耐裂韌性是選擇和設(shè)計(jì)底層填料的基本條件。最重要的是底層填料與鈍化層和焊接掩膜的粘接。為了評(píng)價(jià)底層填料界面耐裂韌性,一般方法是選用一個(gè)在其芯片/填料界面和填料/PCB(焊接掩膜)上有對(duì)稱裂紋的樣品,使之在室溫下經(jīng)受4點(diǎn)機(jī)械彎曲負(fù)載。由于脫模釋放劑的作用,形成了先存分層裂紋。曾為4種填料和3種鈍化材料測試耐裂韌性。應(yīng)注意,耐裂韌性直接影響倒裝片封裝的耐疲勞壽命,分層是倒裝片封裝的主要
6、失效模式。對(duì)于許多剛從事倒裝片封裝技術(shù)的人來說,不適當(dāng)?shù)募庸た刂瓶梢鸶鞣N等級(jí)的沾污,粘結(jié)力未增強(qiáng)的填料可使那些相關(guān)界面的粘結(jié)力和耐裂韌性低于所需的要求。作為有力工具的界面力學(xué),人們可用它來有效地進(jìn)行工藝監(jiān)控與評(píng)價(jià)、材料選擇和設(shè)計(jì)。為了剪裁材料之間的熱與機(jī)械失配,填料特性可通過加入一定容量的填料來剪裁。有效的CTE和楊氏模量可通過諸如MiTanaka方法之類的緊密成形算法來預(yù)計(jì)。目前,在具有不同填充劑量的粘彈性和粘塑性的緊密成形算法
7、方面,仍沒有研究報(bào)告發(fā)表。4電路板設(shè)計(jì)由于在IC等級(jí)上的I/O壓力越來越大,電路板設(shè)計(jì)被迫從傳統(tǒng)的PWBPTH通孔轉(zhuǎn)變?yōu)閹аb配電路板組件的微型通孔。幾何尺寸穩(wěn)定性、共面性以及通孔開裂與分層是主要的可靠性問題。電路板的厚度和機(jī)械特性直接影響芯片應(yīng)力。因此,加工引起的撓曲和通孔與界面上的局部應(yīng)力就顯得非常重要。計(jì)量工具與預(yù)計(jì)工具是必不可少的。5加工引起的缺陷的影響隨著芯片與電路板的空隙的減小,填料的粘性就顯得相當(dāng)重要,因?yàn)樗鼪Q定了其流
8、速的快慢以及它如何填滿空隙。當(dāng)清潔極小空隙下的殘留焊劑困難時(shí),問題會(huì)更大和更為嚴(yán)重。特別是可能會(huì)無法清潔焊球/底層/鈍化層的角與焊球/底層/焊接掩膜的角。界面會(huì)受到沾污,以致于降低了界面的粘結(jié)力,從而縮GreatHumanTechnologyINC.Technologicrept2短了倒裝片封裝的壽命時(shí)間。對(duì)于某些底層來說,因其填料內(nèi)有空腔而出現(xiàn)了沉積。因此,填料會(huì)沿著電路板側(cè)面不斷聚集。沉積的影響是一個(gè)令人感興趣的問題。目前,研究人員
9、正在集中研究沉積、不完全填充、角缺陷和分層對(duì)倒裝片封裝的壽命時(shí)間的影響,不久將會(huì)發(fā)表研究成果。6球節(jié)距/尺度效應(yīng)當(dāng)芯片與電路板之間的空隙縮小時(shí),填充層就變得更薄,焊球也變得更小。金屬間效應(yīng)就更為重要。這也是研究人員正在做的工作。目前,研究人員已在非線性有限元計(jì)算中獲得250~50微米的球節(jié)距的若干結(jié)果。這些結(jié)果會(huì)在不久的將來發(fā)表。7焊點(diǎn)疲勞當(dāng)分層不再成為問題時(shí),最后的失效模式是焊點(diǎn)疲勞。在國際電子封裝會(huì)議上,有專門的論文介紹焊點(diǎn)疲
10、勞。8導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的可靠性環(huán)氧樹脂為基的各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑已用于倒裝片封裝。這種封裝的若干可靠性問題已被鑒別。其中一個(gè)問題是因組裝期間非均勻施加的壓力所引起的電氣短路。這是由于接觸面積不充足造成的。按施加的壓力進(jìn)行加工參數(shù)的最佳選擇,這是保證倒裝片封裝可靠性所必需的條件。目前,WaneState大學(xué)的研究工作還在繼續(xù)進(jìn)行,以觀察熱機(jī)械綜合負(fù)載導(dǎo)致的變形。9加速試驗(yàn)目前,那些陶瓷與氣密封裝材料和結(jié)構(gòu)所采用的加速試驗(yàn)方法很少。聚合物為基的
11、系統(tǒng)與陶瓷和氣密封裝的差別很大,因?yàn)樗鼈兊慕缑鎸?duì)溫度和潮氣敏感。對(duì)于這些試驗(yàn)方法來說,人們?nèi)狈?duì)加速系數(shù)的定量了解,以失效物理為基的模型必需把不同溫度范圍聯(lián)系起來。這種失效物理為基的模型的實(shí)例是由Delco論證的填充材料的選擇,他采用了4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)界面完整性。應(yīng)注意,這些結(jié)果與熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果相關(guān),因?yàn)榉謱邮侵饕J?。界面?qiáng)度始終是決定電子封裝中倒裝片結(jié)構(gòu)可靠性的重要因素。要從機(jī)械設(shè)計(jì)階段的材料試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)測試中獲得可靠、一致和全
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