底充膠固化對Cu-low-k倒裝焊器件熱-機(jī)械可靠性影響.pdf

1、分類號密級UUUUDDDDCCCC編號桂林電子科技大學(xué)碩碩碩碩士士士士學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)位位位位論論論論文文文文題目：底充膠固化對Culowk倒裝焊器件熱機(jī)械可靠性影響(英文)TheEffectsofUnderfillCuringonThermoMechanicalReliabilityofCuLowkFlipChipDevice研究生姓名:趙明君指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):楊道國教授申請學(xué)位門類:工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè):機(jī)械電子工程提交論文日期:2010年

2、4月論文答辯日期:2010年6月年月日摘要I摘要近年來，電子產(chǎn)品不斷朝著小型化，多功能，高可靠性和低成本的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的封裝技術(shù)已經(jīng)不能滿足高密度的要求。倒裝互連技術(shù)的發(fā)展為高密度封裝帶來了希望。隨著CMOS器件的不斷減小，Culowk（銅低介電材料）互連結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用到了集成電路制造當(dāng)中。帶有l(wèi)owk材料的銅大馬士革（CuDamene）結(jié)構(gòu)已經(jīng)取代了AlSiO2互連結(jié)構(gòu)。但是lowk材料與二氧化硅材料相比具有模量小、硬度低和粘附性差

3、的特點(diǎn)，在封裝工藝下容易產(chǎn)生界面開裂等可靠性問題。底充膠固化工藝是封裝中的一種主要工藝，固化過程將會引起殘余應(yīng)力和應(yīng)變。為了簡便起見，在熱機(jī)械分析中底充膠固化所引起的應(yīng)力通常被忽略。然而這種簡化還沒有得到驗(yàn)證，對于CuLowk這種對應(yīng)力非常敏感的互連結(jié)構(gòu)更是如此，需要認(rèn)真加以研究。本文以Culowk倒裝焊器件為研究對象，研究了底充膠固化工藝對封裝器件可靠性的影響及器件中芯片的開裂問題。主要內(nèi)容包括：1利用四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)對采用不同工藝制備的

4、芯片進(jìn)行強(qiáng)度測試，通過二參數(shù)和三參數(shù)威布爾統(tǒng)計(jì)模型描述了芯片強(qiáng)度概率分布，模型中的參數(shù)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而得。研究了芯片的制備工藝對芯片開裂的影響。2通過有限元軟件及與底充膠固化過程相關(guān)的粘彈性力學(xué)模型研究固化工藝對Culowk倒裝焊器件熱機(jī)械可靠性的影響，表明了研究底充膠固化工藝對封裝器件影響的重要性。3采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法建立了該器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交表，利用統(tǒng)計(jì)軟件建立了封裝器件結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)目標(biāo)函數(shù)的回歸方程，通過單純形法得到了該封裝

5、器件的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。4建立倒裝焊器件中Culowk結(jié)構(gòu)的有限元子模型，研究固化工藝下Culowk結(jié)構(gòu)的熱機(jī)械可靠性問題，驗(yàn)證了最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)下的整體模型能使Culowk結(jié)構(gòu)可靠性得到提高。研究結(jié)果表明：（1）芯片背面研磨時(shí)砂輪轉(zhuǎn)速對芯片可靠性有著明顯的影響。（2）底充膠固化工藝帶來的殘余應(yīng)力對Culowk倒裝焊器件的可靠性產(chǎn)生了很大影響，不應(yīng)該被簡單的忽略。（3）器件中芯片厚度和焊點(diǎn)高度對優(yōu)化目標(biāo)的影響較為明顯，減薄芯片和增加焊點(diǎn)高度有助