基于邊緣保護膠的PoP熱可靠性研究.pdf

1、3D PoP以其集成度高、功耗小、靈活性大等諸多優(yōu)點備受便攜式電子產(chǎn)品的青睞。但是大多數(shù)PoP在服役過程中熱疲勞壽命短、跌落可靠性差,從而制約其廣泛應(yīng)用。目前大部分研究采用底部填充膠來提高PoP的熱可靠性,然而底部填充膠的應(yīng)用不但增加了成本,而且使PoP的返修變得困難。本文針對PoP面臨的熱可靠性及成本等問題,擬采用邊緣保護膠來改善上述問題。課題從邊緣保護膠的粘彈性力學(xué)性能的測試,到邊緣保護圖型和結(jié)構(gòu)的設(shè)計,直至邊緣保護方式、邊緣保護材

2、料的選擇及PoP自身封裝結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化,對基于邊緣保護膠的PoP熱可靠性進行全面系統(tǒng)的研究。最后得到了一種在熱循環(huán)條件下PoP可靠性較高的邊緣保護方式、邊緣保護材料以及PoP底部封裝體結(jié)構(gòu)和材料的最優(yōu)組合。開展的研究工作有:
　　首先,設(shè)計和實施了邊緣保護膠和底部填充膠動態(tài)力學(xué)試驗。通過試驗獲得了不同頻率和溫度條件下邊緣保護膠和底部填充膠的各粘彈性參數(shù),而后根據(jù)時溫等效原理構(gòu)建邊緣保護膠和底部填充膠各自的儲能模量主曲線,既而根據(jù)

3、儲能模量與剪切模量以及體積模量之間的關(guān)系繪出剪切模量和體積模量主曲線,同時用MATLAB等軟件擬合剪切模量和體積模量主曲線得到ANSYS仿真所需的粘彈性參數(shù)。
　　其次,設(shè)計了六種邊緣保護方式,并利用有限元軟件和熱疲勞壽命預(yù)測方法對熱循環(huán)條件下基于不同邊緣保護方式的PoP焊點可靠性進行分析,同時與基于底部填充的PoP進行對比分析。結(jié)果表明,采用邊緣保護膠或者底部填充膠后PoP焊點的熱疲勞壽命有所提高,但是邊緣保護方式在提高PoP焊

4、點熱可靠性方面略微弱于底部填充方式。而且對底部封裝體進行邊緣保護的PoP焊點熱疲勞壽命比對上下封裝體都進行邊緣保護的長,尤其是對底部封裝體進行100％邊緣保護的PoP后焊點壽命最長。
　　然后,綜合分析了不同邊緣保護方式和邊緣保護材料對PoP熱可靠性的影響,為PoP選擇合理的邊緣保護提供方案。通過對比分析發(fā)現(xiàn)邊緣保護方式對PoP熱可靠性的影響因邊緣保護膠材料而改變,同時還發(fā)現(xiàn)了若選用100%邊緣保護時應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)小的邊緣保護膠

5、,若選用對 PoP底部封裝體進行10%邊緣保護時應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)和模量都較大的邊緣保護膠。
　　最后,應(yīng)用正交試驗設(shè)計探討了不同PoP底部封裝體的參數(shù)組合對基于邊緣保護膠的PoP熱可靠性的影響。通過對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析可知,各因素對PoP熱疲勞壽命的影響程度為:基板厚度>芯片尺寸>EMC材料,最優(yōu)的PoP底部封裝體參數(shù)組合是芯片尺寸為8*8mm,基板厚度為0.26mm,EMC材料為EMC-2,即熱膨脹系數(shù)高的環(huán)氧模塑封材料。而由