濕熱負(fù)載下的PBGA器件內(nèi)部界面可靠性研究.pdf

1、塑料封裝同傳統(tǒng)的陶瓷等氣密性封裝形式相比,更能滿足集成電路低成本、小體積、重量輕和高密度的發(fā)展趨勢。但是由于塑料固有的多孔性和吸水性的特點(diǎn),使得水汽對(duì)塑料封裝器件可靠性的影響越來越大,其主要失效形式為腐蝕和界面開裂。論文結(jié)合國家自然科學(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)方法研究”,針對(duì)在濕、熱因素影響下的PBGA(塑封球狀矩陣封裝)電子器件內(nèi)部界面開裂失效問題,采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)的方法進(jìn)行研究,具體內(nèi)容如下:

2、>　　1.在數(shù)值模擬研究上,論文選用PBGA器件作為研究對(duì)象,研究內(nèi)容為:
　　(1)分析和模擬不同EMC(模塑封裝材料)厚度器件的回流焊熱應(yīng)力、吸潮濕應(yīng)力和解吸潮濕熱應(yīng)力對(duì)器件內(nèi)部界面可靠性的影響,建立了計(jì)算模型,其計(jì)算模型的提出具有一定的創(chuàng)新性;
　　(2)建立在解吸潮和回流焊過程中的蒸汽壓力計(jì)算模型,并結(jié)合濕/熱-機(jī)械應(yīng)力和蒸汽壓力得到集成應(yīng)力模型,用以描述潮濕對(duì)封裝可靠性的影響;
　　(3)采用基于裂紋尖端的J

3、積分判據(jù),對(duì)吸濕后的器件在解吸潮和回流焊過程中不同位置的初始裂紋進(jìn)行J積分計(jì)算,分析其對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。
　　2.在試驗(yàn)研究方面,論文首先對(duì)PBGA器件進(jìn)行耐濕環(huán)境條件下的吸潮試驗(yàn)和稱重試驗(yàn);然后利用金相顯微鏡和電鏡掃描的方法觀察經(jīng)歷不同試驗(yàn)階段后器件內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu),并與未進(jìn)行試驗(yàn)的器件進(jìn)行對(duì)比,用來評(píng)估PBGA器件在高濕和溫度循環(huán)條件下的界面可靠性。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)在回流焊熱應(yīng)力、吸潮濕應(yīng)力和解吸潮濕

4、熱應(yīng)力計(jì)算中EMC材料厚度0.85mm器件的應(yīng)力值最大,這說明塑封電子器件的封裝層并不是越厚或越薄可靠性就越好,相對(duì)于EMC材料厚度為0.65mm和1.25mm的器件而言,厚度為0.85mm器件的界面可靠性最低。
　　(2)在蒸汽壓力、集成應(yīng)力計(jì)算中,芯片、DA(芯片粘結(jié)材料)和EMC三種材料交界處發(fā)生了應(yīng)力集中,且在J積分?jǐn)?shù)值仿真中,此處的J積分值最大,如果在此界面存在初始裂紋,那么在這些局部集中的力的作用下,極易使裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致