系統(tǒng)級(jí)封裝器件在熱-機(jī)械、濕熱應(yīng)力影響下可靠性分析.pdf

1、周圍環(huán)境中的熱、濕因素影響是微電子封裝器件的主要失效模式之一。目前業(yè)內(nèi)針對(duì)熱-機(jī)械應(yīng)力、濕熱應(yīng)力影響下的可靠性分析主要集中在單芯片元件上,針對(duì)具有廣闊發(fā)展前景的系統(tǒng)級(jí)封裝器件所做的研究并不多見。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微電子封裝中的界面層裂失效和界面強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方法”的資助下,針對(duì)系統(tǒng)級(jí)封裝器件在熱、濕因素影響下的一系列可靠性問題進(jìn)行了探究。主要內(nèi)容包括:
　　1.為了預(yù)測(cè)系統(tǒng)級(jí)封裝器件無鉛焊點(diǎn)疲勞壽命,采用蠕變剪切試驗(yàn)獲得

2、Sn96.5Ag3.5無鉛焊料蠕變特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用Garofalo-Arrheninus雙曲線形公式對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得出相關(guān)參數(shù),并編制特定有限元用戶子程序。
　　2.選用CSP外形的系統(tǒng)級(jí)封裝器件進(jìn)行溫度循環(huán)條件下的有限元仿真。分析了芯片所受熱應(yīng)力大小、封裝體的翹曲程度、焊點(diǎn)所受應(yīng)力/應(yīng)變情況。計(jì)算了系統(tǒng)級(jí)封裝器件焊點(diǎn)疲勞壽命并與單芯片器件PBGA焊點(diǎn)疲勞壽命進(jìn)行比較。
　　3.比較了不同放置環(huán)境下,系統(tǒng)級(jí)封裝器件內(nèi)

3、部不同材料界面間濕氣擴(kuò)散情況;比較了恒溫解吸潮及無鉛回流焊解吸潮過程后器件內(nèi)部的潮濕度分布。使用一種新穎的濕熱因素直接耦合的方法計(jì)算濕、熱合成應(yīng)力并與單純考慮熱應(yīng)力的情形進(jìn)行對(duì)比。
　　4.考察了不同頂部芯片懸置長(zhǎng)度及不同芯片厚度比情形對(duì)頂部芯片應(yīng)力集中的影響。分析并比較了不同PCB基板厚度、EMC高度、芯片尺寸下系統(tǒng)級(jí)封裝器件的焊點(diǎn)疲勞壽命。
　　研究結(jié)果表明:(1)具有微孔的復(fù)雜 FR-4基板可以緩解系統(tǒng)級(jí)封裝器件在使用

4、中產(chǎn)生的翹曲問題,但微孔的存在使焊點(diǎn)所受的應(yīng)力/應(yīng)變?cè)龃蟆Ｆ浜更c(diǎn)壽命低于組裝于無微孔 FR-4基板的系統(tǒng)級(jí)封裝器件焊點(diǎn)。芯片數(shù)目的增多,使系統(tǒng)級(jí)封裝器件相比單芯片PBGA器件焊點(diǎn)壽命有所降低。(2)疊層芯片間的芯片粘結(jié)劑在濕氣擴(kuò)散及解吸潮過程中存在較多水分,有可能在無鉛回流焊階段隨著水分蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽壓而導(dǎo)致界面分層開裂現(xiàn)象的發(fā)生。同等載荷條件下的濕熱合成應(yīng)力是單純熱-機(jī)械應(yīng)力的約1.3~1.5倍。(3)選擇相對(duì)較小芯片懸置比及相對(duì)較大的