论文部分内容阅读
电子产品的可靠性在整个电子行业中有着很重要的地位。在电子产品的生产和使用过程中，往往伴随着温度的变化。由于电子产品是由不同材料的部件构成的，其各部件的热膨胀系数也不一样，这导致了由热失配引起的热机械应力，使得电子产品的失效率大大增加。本论文分别研究了电子封装工艺中Flip chip和WireBonding两种工艺中常见的热机械应力问题，并对两种典型器件的材料和结构进行了优化设计。本论文第一部分所研究的是关于Flip chip工艺条件下芯片背部的应力情况。探讨了通过在芯片背部镀上一层氮化物薄膜（AlN或Si3N4）改善其应力大小，增加其机械性能，从而保护芯片的可行性。在此我们通过三点弯曲测试（3PB）结合有限元分析（FEA）的手段来表征相关特性。主要研究内容如下：1.芯片背部应力变化的情况。通过有限元建模，包括功率循环，温度循环等不同条件下对比较芯片背部在镀膜前后应力的变化，观察到芯片背部在镀膜后应力有所减小。2.镀膜对硅芯片机械性能的改善情况。利用三点弯曲测试仪对硅晶圆进行断裂强度测试，证实了镀膜能够增加硅芯片的断裂强度。同时也研究了证实了硅表面粗糙度与其断裂强度的关系。证实了表面粗糙度越大，断裂强度越小。3.硅芯片已存在的表面微型裂纹的影响。硅芯片表面通常存在一些微型裂纹，在此情况下，应力和断裂强度与上述模型会有所差别。通过相关理论、三点弯曲测试以及有限元分析相结合，对硅芯片表面含微型裂纹的情形进行了研究。验证了镀膜的优越性。通过不同的手段对镀膜后硅芯片性能的研究，验证了在硅芯片背部镀高硬度的氮化物薄膜是一种防止芯片断裂，保护芯片的有效方式。本论文第二部分研究的是在Wire Bonding封装工艺条件下，器件的结构和材料设计对封装体的可靠性影响。主要是集中在散热分析以及热机械应力方面的分析与优化设计。本部分主要包含两部分工作：1.结构设计分析。利用有限元分析软件，建模分析封装中结构设计对器件散热，应力分布的影响。此外，对实际生产线中的结构进行了验证和优化。2.封装材料的选取。器件进行封装的时候用到多种多样的材料，不同的材料对器件在散热，应力分布等可靠性问题上有不同的影响。本论文对实际生产工艺中用到的几种封装材料（粘接层材料与塑封材料）进行器件可靠性方面的性能对比。实现对器件可靠性方面的优化设计。通过上述研究，我们分析了器件的引线框架厚度、芯片厚度以及引线框架形状对器件散热和应力分布影响。同时，通过仿真和实验表明，利用银浆做粘接层材料，以及使用具有较高的玻璃化温度，较低的吸湿率及较小的热膨胀系数的塑封材料，能够提升器件的质量和可靠性。