電子封裝用環(huán)氧模塑料的熱老化研究.pdf

1、塑料封裝在微電子封裝中占絕大多數(shù)。環(huán)氧模塑料(Epoxy Molding Compound, EMC)作為塑料封裝的主要材料,是一種聚合物基的復(fù)合材料。由于成本低、工藝簡單、質(zhì)量輕、體積小、方便運輸和存儲,環(huán)氧模塑料在微電子封裝中的使用越來越多。隨著人們對微電子產(chǎn)品要求的提高,低成本的塑料封裝產(chǎn)品在高溫下的應(yīng)用場合越來越多,例如在汽車發(fā)動機(jī)旁的電子控制單元的微電子器件在工作時要經(jīng)歷高溫。在高溫下的環(huán)氧模塑料會與氧氣發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng),使得

2、使用環(huán)氧模塑料包裝的電子器件產(chǎn)生開裂等失效現(xiàn)象。因此有必要研究環(huán)氧模塑料的熱老化。本文主要針對環(huán)氧模塑料的熱老化問題,展開了以下研究:
　　首先,對環(huán)氧模塑料進(jìn)行實驗研究。對某環(huán)氧模塑料樣品在175 oC、200 oC、225 oC、250 oC下的溫度下的大氣環(huán)境下進(jìn)行熱老化0小時、100小時、500小時和1500小時,得到在不同溫度下老化不同時間的樣品,對樣品通過動態(tài)機(jī)械測試儀(Dynamic Mechanical Analy

3、sis,DMA)和熱機(jī)械測試儀(Thermomechanical Analyzer,TMA)測試獲取環(huán)氧模塑料熱老化前后的力學(xué)性能參數(shù),為仿真做準(zhǔn)備,同時觀察環(huán)氧模塑料熱老化后力學(xué)性能參數(shù)的變化。
　　其次,建立環(huán)氧模塑料熱老化的氧化擴(kuò)散、力學(xué)性能以及收縮的數(shù)學(xué)模型。借鑒其他聚合物熱老化的氧化擴(kuò)散模型,建立環(huán)氧模塑料的氧化擴(kuò)散模型,并且建立環(huán)氧模塑料彈性模量的數(shù)學(xué)模型。同時根據(jù)環(huán)氧模塑料的熱老化機(jī)理并參考熱脹冷縮收縮機(jī)理,建立環(huán)氧

4、模塑料熱老化收縮模型。
　　再次,將環(huán)氧模塑料熱老化的氧化擴(kuò)散模型以及力學(xué)性能模型在有限元軟件ANSYS中求解。利用氧化擴(kuò)散方程和熱傳導(dǎo)方程的形式相似性,將氧化擴(kuò)散問題利用ANSYS中的熱傳導(dǎo)模塊進(jìn)行求解;建立環(huán)氧模塑料二維有限元模型,使用某環(huán)氧樹脂的參數(shù)求解在150 oC下老化的氧化擴(kuò)散問題,然后和文獻(xiàn)中的方法對比;使用環(huán)氧模塑料的參數(shù),根據(jù)建立的氧化擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型,利用ANSYS中的熱分析模塊求解環(huán)氧模塑料在175 oC下熱老化

5、的氧化擴(kuò)散問題,然后與實驗進(jìn)行對比。
　　最后,將環(huán)氧模塑料熱老化的收縮模型在ANSYS中求解。根據(jù)建立的環(huán)氧模塑料熱老化的收縮模型以及獲取的模型參數(shù),在ANSYS中利用熱分析的熱-應(yīng)力耦合模塊求解環(huán)氧模塑料的收縮問題,求解出某環(huán)氧模塑料在175 oC下老化1000小時后各點的位移、應(yīng)力、應(yīng)變分布,將應(yīng)變結(jié)果與其他人的實驗進(jìn)行對比。
　　研究結(jié)果表明:根據(jù)氧化擴(kuò)散模型,通過ANSYS中的熱分析模塊可以求解環(huán)氧模塑料熱老化的氧