微電子封裝用環(huán)氧樹脂熱-機(jī)械應(yīng)力及其微觀裂紋的研究.pdf

1、微電子封裝可靠性問題一直是理論界和工程界共同關(guān)心的熱點問題之一。封裝用模塑封材料(Epoxy Molding Compound,EMC)的開裂以及回流焊過程中的爆米花現(xiàn)象,是導(dǎo)致封裝器件失效的主要因素。一般的認(rèn)為開裂的來源有以下三點:
　　1)模塑封材料在固化過程中硅粒子和樹脂基熱膨脹系數(shù)失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
　　2)固化時,化學(xué)收縮受到內(nèi)在的或外在的幾何約束導(dǎo)致的殘余應(yīng)力。
　　3)回流焊時,EMC內(nèi)部存儲的濕氣氣化,

2、產(chǎn)生蒸汽應(yīng)力,蒸汽壓力超過臨界值。
　　目前國內(nèi)外學(xué)者對微電子封裝器件內(nèi)部各材料間界面的分層研究眾多,而且考慮了濕氣和熱的影響。但是對模塑封材料內(nèi)部填充粒子與環(huán)氧樹脂基的開裂研究較少,并且對這種微觀的開裂通常只是采用實驗的方式,通過電子顯微鏡觀察內(nèi)部的微觀裂紋的狀態(tài)。另外在殘余應(yīng)力方面,由于橡膠態(tài)模量的值可以用來衡量殘余應(yīng)力的大小,因此通常都是對EMC材料進(jìn)行DMA實驗,測得橡膠態(tài)模量隨固化度變化的關(guān)系,由此來表征殘余應(yīng)力的大小。

3、但是這種實驗既耗時又昂貴,如果能在充分了解粒子和環(huán)氧樹脂性能的基礎(chǔ)上對整個合成物進(jìn)行機(jī)械特性的預(yù)測,無論對設(shè)計者選擇材料、封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝參數(shù)優(yōu)化,還是降低成本,提高封裝可靠性方面都有極大改善。
　　本文主要研究EMC內(nèi)部硅粒子和環(huán)氧樹脂之間的熱應(yīng)力和EMC內(nèi)部微觀裂紋的擴(kuò)展,并建立了用來描述固化過程中橡膠態(tài)模量隨固化度演變的微機(jī)械模型方法,研究的內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.建立了EMC材料的微觀機(jī)械模型,對粒子和樹脂

4、基之間的熱機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行了深入的分析。對粒子與樹脂的熱機(jī)械應(yīng)力分布做了模擬,并考慮了粒子濃度、熱載荷加載速度、填充粒子形態(tài)、約束條件、粒子排列順序?qū)釞C(jī)械應(yīng)力的影響。用這種微觀機(jī)械模型的方法可以詳細(xì)的描述模塑封材料在承受熱載荷時內(nèi)部單元體的熱機(jī)械應(yīng)力的分布和變化情況,目前這種方法研究熱機(jī)械應(yīng)力還比較少。
　　2.建立了三種基于固化的橡膠態(tài)模量的微機(jī)械方法的模型,在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,研究了固化過程中橡膠態(tài)模量的變化,對比了三種模型的適