嵌入式系統(tǒng)封裝層裂問題的研究.pdf

1、相比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)封裝技術(shù)在減小尺寸、降低成本、增加功能等方面有相對的優(yōu)勢。但在熱循環(huán)及高溫工作環(huán)境下，該封裝結(jié)構(gòu)中的材料熱膨脹系數(shù)不匹配易導(dǎo)致層合界面層裂失效破壞，由此引發(fā)的整體可靠性問題延滯了該先進封裝技術(shù)在微電子封裝領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。本文主要針對嵌入式系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)中芯片/粘結(jié)劑界面以及塑封材料/銅層界面的層裂失效問題展開研究。
　　首先，基于ANSYS軟件用常規(guī)方法模擬熱沖擊載荷(歷經(jīng)60s溫度從175℃降至25℃

2、)作用下的嵌入式系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度降至25℃時封裝結(jié)構(gòu)中的剪切應(yīng)力達(dá)到最大，并得出芯片/粘結(jié)劑界面是危險界面。于是在芯片/粘結(jié)劑界面鋪設(shè)雙線型材料屬性的內(nèi)聚力單元，分別定性參數(shù)化研究熱沖擊載荷作用下內(nèi)聚區(qū)強度及位移參數(shù)、結(jié)構(gòu)中芯片個數(shù)、芯片厚度、粘結(jié)劑厚度和塑封材料的楊氏模量對芯片/粘結(jié)劑界面層裂失效的影響。
　　研究結(jié)果表明:(1)芯片/粘結(jié)劑界面層裂失效首先出現(xiàn)在界面內(nèi)兩個成對角線的角上，并逐漸向內(nèi)部延伸;(2)增加塑封材料

3、的楊氏模量會緩解芯片/粘結(jié)劑界面的層裂破壞，但是也會導(dǎo)致初始層裂由界面邊界轉(zhuǎn)移到界面中心;(3)總體情況下，隨著內(nèi)聚區(qū)剪切強度參數(shù)和臨界剪切位移參數(shù)的增大，芯片/粘結(jié)劑界面層裂失效面積逐漸縮小，當(dāng)剪切強度參數(shù)增大到一定程度，界面無層裂失效發(fā)生;(4)芯片厚度的增加會降低芯片/粘結(jié)劑界面可靠性;(5)粘結(jié)劑厚度的增加對芯片/粘結(jié)劑界面層裂失效影響不大。
　　其次，從納米尺度研究封裝結(jié)構(gòu)中部分材料的行為屬性:(1)基于分子動力學(xué)軟件L

4、AMMPS數(shù)值模擬納米尺度銅桿的拉伸強度，得到類似于宏觀的屈服強化現(xiàn)象;(2)利用分子動力學(xué)軟件Materials Studio(MS)分別計算銅和塑封材料的楊氏模量;(3)基于MS軟件數(shù)值仿真納米尺度銅層和塑封材料的界面拉伸強度，得到界面拉應(yīng)力-位移曲線;(4)把界面拉應(yīng)力-位移曲線等斷裂能處理后的參數(shù)作為內(nèi)聚力模型的參數(shù)模擬銅和塑封材料界面的破壞行為。
　　本文用多尺度方法研究了嵌入式系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)中的界面層裂失效問題，為微電子