【摘 要】
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微电子封装技术在电子制造行业中的应用越来越广泛。相比于陶瓷封装材料,由于高聚物封装材料低廉的价格而大量使用。高聚物在固化过程中,分子链相互交联逐渐增加,液态变为固
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微电子封装技术在电子制造行业中的应用越来越广泛。相比于陶瓷封装材料,由于高聚物封装材料低廉的价格而大量使用。高聚物在固化过程中,分子链相互交联逐渐增加,液态变为固态,体积收缩时受到周围材料的约束,就会产生相应的应力、应变场,也就是通常所说的固化残余应力。并且这些高聚物材料有很强的亲水性,一方面会引起封装器件的各种材料界面粘接强度的退化,另一方面会在后续的组装工艺中,在再流焊温度(220°~240°)冲击下,界面吸入的潮气转化为蒸汽压力,与热应力的共同作用通常导致器件从界面处爆裂(俗称爆米花现象)。固化残余应力和吸潮等引起的界面层裂不仅使器件本身在封装和组装工艺中失效,而且可能使组装的电路板或整个电子系统在使用过程中出现可靠性问题。 本论文结合国家自然科学基金项目“微电子芯片封装中的界面层裂机制和控制方法研究”,针对塑封器件主要由于固化残余应力和吸潮导致的界面层裂问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行分析。通过对器件模拟分析,发现固化残余应力的不但改变了器件中芯片的应力分布,同时还进一步劣化了DA材料与芯片接触面的应力值,增加了DA材料发生脱层失效或材料内部发生损伤的几率,并且发现固化时间的长短对PBGA器件封装产生的残余应力,也有不可忽略的影响。这些发现对于预测芯片的开裂、对调整固化时间提高器件可靠性有一定的参考价值。并在随后在模型中假定了缺陷(即裂纹),并利用J积分判据来对裂纹受到残余应力的影响进行分析,发现固化过程与器件内应力变化、裂纹扩展以及裂纹参数等都有十分重要的关系。最后,文章就潮湿因素对器件的影响进行了分析,发现潮湿应力比器件受到由于各种材料的热膨胀系数差别造成的残余应力等要大,并发现在220℃左右,器件界面J积分值剧烈增加,这也验证了常见的爆米花现象。这些发现对于降低焊点内部应力突变情况,提高器件的可靠性有重要意义,对塑封器件的设计、制造工艺和存储过程有一定的参考价值。全文的研究成果,对于深入掌握器件的界面层裂机制,准确提出控制界面层裂的方法有重要意义。
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