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近年来,电子产品不断朝着小型化,多功能,高可靠性和低成本的方向发展。传统的封装技术已经不能满足高密度的要求。倒装互连技术的发展为高密度封装带来了希望。随着CMOS器件的不断减小,Cu/low-k(铜/低介电材料)互连结构已经被应用到了集成电路制造当中。带有low-k材料的铜大马士革(Cu Damascene)结构已经取代了Al/SiO2互连结构。但是low-k材料与二氧化硅材料相比具有模量小、硬度低和粘附性差的特点,在封装工艺下容易产生界面开裂等可靠性问题。 底充胶固化工艺是封装中的一种主要工艺,固化过程将会引起残余应力和应变。为了简便起见,在热-机械分析中底充胶固化所引起的应力通常被忽略。然而这种简化还没有得到验证,对于Cu/Low-k这种对应力非常敏感的互连结构更是如此,需要认真加以研究。 本文以Cu/low-k倒装焊器件为研究对象,研究了底充胶固化工艺对封装器件可靠性的影响及器件中芯片的开裂问题。主要内容包括: 1.利用四点弯曲实验对采用不同工艺制备的芯片进行强度测试,通过二参数和三参数威布尔统计模型描述了芯片强度概率分布,模型中的参数由实验数据拟合而得。研究了芯片的制备工艺对芯片开裂的影响。 2.通过有限元软件及与底充胶固化过程相关的粘弹性力学模型研究固化工艺对Cu/low-k倒装焊器件热机械可靠性的影响,表明了研究底充胶固化工艺对封装器件影响的重要性。 3.采用正交实验设计的方法建立了该器件结构参数的正交表,利用统计软件建立了封装器件结构参数及相关目标函数的回归方程,通过单纯形法得到了该封装器件的最优结构参数。 4.建立倒装焊器件中Cu/low-k结构的有限元子模型,研究固化工艺下Cu/low-k结构的热机械可靠性问题,验证了最优结构参数下的整体模型能使Cu/low-k结构可靠性得到提高。 研究结果表明:(1)芯片背面研磨时砂轮转速对芯片可靠性有着明显的影响。(2)底充胶固化工艺带来的残余应力对Cu/low-k倒装焊器件的可靠性产生了很大影响,不应该被简单的忽略。(3)器件中芯片厚度和焊点高度对优化目标的影响较为明显,减薄芯片和增加焊点高度有助于提高器件可靠性。(4)不同介电常数的low-k材料和金属互连材料均对Cu/low-k结构可靠性有着明显影响。 本文主要研究了底充胶固化对Cu/low-k倒装焊器件可靠性的影响并预测了芯片失效率,研究成果对Cu/low-k倒装焊器件的设计及其可靠性分析有一定的意义。