微電子封裝高聚物熱、濕-機械特性及其封裝可靠性研究.pdf

1、信息技術和電子產(chǎn)品已成為當今世界的第一大產(chǎn)業(yè)。IC的核心是集成電路芯片，但是每塊芯片都要經(jīng)過合適的封裝才能滿足使用要求。因此，隨著芯片集成水平的不斷提高，微電子封裝已與IC設計和制造共同構成了IC產(chǎn)業(yè)的三大支柱。 本論文著重對環(huán)氧樹脂封裝材料進行了疲勞破壞實驗、數(shù)值模擬和對倒裝焊底充膠特性、倒裝焊可靠性以及濕熱對封裝材料的影響三方面進行了系統(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標準制作試

2、件，通過常溫和高溫靜態(tài)拉伸實驗測繪出EMC材料的應力應變曲線，同時確定了材料相應的力學性能。同樣采用ASTMD-638標準制作試件，然后對該試件進行常溫和高溫的拉一拉疲勞實驗，在實驗過程中同時測定材料的應力應變等值，通過測出的這些值和實驗結果，改進現(xiàn)有的疲勞壽命預測模型，確定了環(huán)氧樹脂材料的疲勞壽命預測方程，通過此公式可以對溫度在25'(2～150'(2之間、一定應力水平下的環(huán)氧樹脂封裝材料進行疲勞壽命預測，而且通過常溫疲勞實驗結果得出

3、了常溫時單對數(shù)S一N曲線。 運用掃描電子顯微鏡分別對試件的常溫、高溫拉伸斷口和常溫、高溫疲勞斷口進行顯微金相分析，得出了環(huán)氧樹脂封裝材料的主要失效機制：常溫下顆粒與基質間的分層、基質問的開裂、顆粒本身的開裂；而高溫時，由于環(huán)氧樹脂封裝材料中基質的軟化，顆粒與基質間的分層是最主要的失效形式。用有限元數(shù)值模擬了實際微電子封裝器件PBGA的部分組裝、封裝和熱循環(huán)過程，對器件中應力應變進行分析計算。同時采用所確定的疲勞壽命預測模型，進行

4、了封裝材料疲勞壽命的預測，進而確定了環(huán)氧樹脂封裝材料中可能失效和最可能失效的位置。 第二方面。倒裝焊因為具有最短的電連接通路、卓越的電氣性能和相當高的FO數(shù)目成為高密度封裝中最有前途的互連技術之一。封裝材料經(jīng)受溫度循環(huán)過程，由于各材料間的熱膨脹失配，在封裝材料內(nèi)部將產(chǎn)生周期的應力應變過程，導致封裝材料失效，最終引發(fā)芯片或焊點破壞。 為改善元器件的熱一機械性能，使用以碳纖維和粒子填充的聚合物并得出導熱系數(shù)預測模型和熱膨脹系

5、數(shù)預測模型。預測的底充膠導熱和匹配性能高于目前采用的底充膠；通過有限元模擬的方法，對導熱系數(shù)對溫度場的影響研究表明：高導熱系數(shù)底充膠可以使倒裝焊溫度均勻而降低應力、應變，提高可靠性；熱膨脹系數(shù)對應力的影響作了模擬的研究結果表明：從使用的高、低熱膨脹系數(shù)的等效應力來看，若熱膨脹系數(shù)的增加一倍，焊點邊緣的最大應力與焊點的內(nèi)部應力比有17-49﹪的增加；對填充了底充膠的倒裝焊焊點，分別用【C．MI與[E-W]公式對焊點壽命進行了預測，驗證了E