封裝材料的吸濕特性及濕、熱對(duì)封裝器件可靠性的影響.pdf

1、周圍環(huán)境中的熱、濕因素影響引起的脫層開裂失效,是微電子封裝器件的主要失效形式之一。濕、熱載荷條件下封裝器件的可靠性問題一直是微電子行業(yè)研究的熱點(diǎn)。本課題主要來(lái)源于導(dǎo)師在荷蘭的項(xiàng)目“FAST QUALIFICATION(快速質(zhì)量鑒定)”。根據(jù)項(xiàng)目的要求,針對(duì)較有發(fā)展前途的以QFN為封裝形式的SiP器件(在本論文中簡(jiǎn)寫為:SQFN),對(duì)其在濕、熱環(huán)境下的濕氣擴(kuò)散、合成應(yīng)力和脫層開裂失效等方面的問題進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括:
　　1、基

2、于實(shí)驗(yàn)所得到的材料吸濕擴(kuò)散參數(shù),對(duì)封裝器件的吸濕行為進(jìn)行了仿真,與封裝器件的吸濕實(shí)驗(yàn)的重量變化進(jìn)行對(duì)比分析,確定和驗(yàn)證材料在不同溫度和濕度下的材料參數(shù)。并將此材料參數(shù)推廣到解吸附行為。為后面的器件吸濕擴(kuò)散、濕熱應(yīng)力計(jì)算做好準(zhǔn)備。
　　2、建立了SQFN封裝器件參數(shù)化的3D有限元模型,對(duì)封裝器件在不同的潮濕和溫度環(huán)境下的潮濕擴(kuò)散和解析附行為進(jìn)行了有限元模擬。結(jié)合濕、熱機(jī)械應(yīng)力,進(jìn)一步對(duì)SQFN器件在熱循環(huán)過(guò)程中的濕熱合成應(yīng)力進(jìn)行了仿

3、真分析。并將結(jié)果與單純考慮熱機(jī)械應(yīng)力的情況進(jìn)行了對(duì)比。
　　3、基于內(nèi)聚力模型(簡(jiǎn)稱CZM)方法,研究了SQFN器件在熱循環(huán)條件下脫層開裂的失效情況。對(duì)SQFN器件的各個(gè)界面進(jìn)行了有限元模擬,由此確定了較易出現(xiàn)脫層開裂失效的界面。針對(duì)此界面,以提高封裝器件的抗脫層開裂能力為目的,采用CZM分析方法,對(duì)影響器件脫層開裂失效的敏感性結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了初探。得到了提高器件抗脫層開裂能力的方法。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)通過(guò)

4、獲得了模塑封材料、底充膠和芯片粘接劑材料的吸濕和解吸附的飽和吸濕量和潮濕擴(kuò)散率。應(yīng)用這些材料參數(shù)對(duì)器件進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果能很好的與吸濕擴(kuò)散和解吸附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。
　　(2)由于SQFN器件內(nèi)部的芯片粘接劑、底充膠和模塑封材料在吸濕擴(kuò)散和解吸附過(guò)程中存有較多的水分,且在內(nèi)部形成了較高的分布梯度,使得同等條件下的濕熱合成應(yīng)力普遍高于單獨(dú)考慮的熱-機(jī)械應(yīng)力。因此在加工和保存過(guò)程中應(yīng)采取一定的干燥措施。
　　(3)仿真中,芯片粘

5、接劑上下界面的脫層失效參數(shù)Damage值遠(yuǎn)高于底充膠的上下界面,并且都分布在界面的兩端,由于銅焊盤Diepad與芯片粘接劑的粘接強(qiáng)度低于芯片與芯片粘接劑的粘接強(qiáng)度,所以在芯片粘接劑與Diepad之間的界面的兩端較容易出現(xiàn)脫層開裂失效。這與實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到的層裂發(fā)生位置相一致,故很好的證明了仿真的正確性。
　　(4)通過(guò)研究器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)脫層失效的影響得知,銅焊盤Diepad厚度的增加可以很有效的提高SQFN封裝器件的抗脫層能力,從而