濕熱負載下的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,使得水汽對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。論文結合國家自然科學基金項目“微電子封裝中的界面層裂失效和界面強度可靠性設計方法研究”,針對在濕、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)值模擬和試驗的方法進行研究,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力、吸潮濕應力和解吸潮濕熱應力對器件內(nèi)部界面可靠性的影響,建立了計算模型,其計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算模型,并結合濕/熱-機械應力和蒸汽壓力得到集成應力模型,用以描述潮濕對封裝可靠性的影響;
　　(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行J積分計算,分析其對裂紋擴展的影響。
　　2.在試驗研究方面,論文首先對PBGA器件進行耐濕環(huán)境條件下的吸潮試驗和稱重試驗;然后利用金相顯微鏡和電鏡掃描的方法觀察經(jīng)歷不同試驗階段后器件內(nèi)部的微觀結構,并與未進行試驗的器件進行對比,用來評估PBGA器件在高濕和溫度循環(huán)條件下的界面可靠性。
　　研究結果表明:
　　(1)在回流焊熱應力、吸潮濕應力和解吸潮濕

4、熱應力計算中EMC材料厚度0.85mm器件的應力值最大,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、集成應力計算中,芯片、DA(芯片粘結材料)和EMC三種材料交界處發(fā)生了應力集中,且在J積分數(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,極易使裂紋擴展導致