封裝材料的吸濕特性及濕、熱對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。本課題主要來源于導師在荷蘭的項目“FAST QUALIFICATION(快速質量鑒定)”。根據(jù)項目的要求,針對較有發(fā)展前途的以QFN為封裝形式的SiP器件(在本論文中簡寫為:SQFN),對其在濕、熱環(huán)境下的濕氣擴散、合成應力和脫層開裂失效等方面的問題進行了研究。主要內容包括:
　　1、基

2、于實驗所得到的材料吸濕擴散參數(shù),對封裝器件的吸濕行為進行了仿真,與封裝器件的吸濕實驗的重量變化進行對比分析,確定和驗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散、濕熱應力計算做好準備。
　　2、建立了SQFN封裝器件參數(shù)化的3D有限元模型,對封裝器件在不同的潮濕和溫度環(huán)境下的潮濕擴散和解析附行為進行了有限元模擬。結合濕、熱機械應力,進一步對SQFN器件在熱循環(huán)過程中的濕熱合成應力進行了仿

3、真分析。并將結果與單純考慮熱機械應力的情況進行了對比。
　　3、基于內聚力模型(簡稱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SQFN器件的各個界面進行了有限元模擬,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,對影響器件脫層開裂失效的敏感性結構參數(shù)進行了初探。得到了提高器件抗脫層開裂能力的方法。
　　研究結果表明:
　　(1)通過

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散率。應用這些材料參數(shù)對器件進行仿真,仿真結果能很好的與吸濕擴散和解吸附的實驗結果相符合。
　　(2)由于SQFN器件內部的芯片粘接劑、底充膠和模塑封材料在吸濕擴散和解吸附過程中存有較多的水分,且在內部形成了較高的分布梯度,使得同等條件下的濕熱合成應力普遍高于單獨考慮的熱-機械應力。因此在加工和保存過程中應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度低于芯片與芯片粘接劑的粘接強度,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。這與實驗所觀測到的層裂發(fā)生位置相一致,故很好的證明了仿真的正確性。
　　(4)通過研究器件的結構參數(shù)對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