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周围环境中的热、湿因素影响引起的脱层开裂失效,是微电子封装器件的主要失效形式之一。湿、热载荷条件下封装器件的可靠性问题一直是微电子行业研究的热点。本课题主要来源于导师在荷兰的项目“FAST QUALIFICATION(快速质量鉴定)”。根据项目的要求,针对较有发展前途的以QFN为封装形式的SiP器件(在本论文中简写为:SQFN),对其在湿、热环境下的湿气扩散、合成应力和脱层开裂失效等方面的问题进行了研究。主要内容包括:1、基于实验所得到的材料吸湿扩散参数,对封装器件的吸湿行为进行了仿真,与封装器件的吸湿实验的重量变化进行对比分析,确定和验证材料在不同温度和湿度下的材料参数。并将此材料参数推广到解吸附行为。为后面的器件吸湿扩散、湿热应力计算做好准备。2、建立了SQFN封装器件参数化的3D有限元模型,对封装器件在不同的潮湿和温度环境下的潮湿扩散和解析附行为进行了有限元模拟。结合湿、热机械应力,进一步对SQFN器件在热循环过程中的湿热合成应力进行了仿真分析。并将结果与单纯考虑热机械应力的情况进行了对比。3、基于内聚力模型(简称CZM)方法,研究了SQFN器件在热循环条件下脱层开裂的失效情况。对SQFN器件的各个界面进行了有限元模拟,由此确定了较易出现脱层开裂失效的界面。针对此界面,以提高封装器件的抗脱层开裂能力为目的,采用CZM分析方法,对影响器件脱层开裂失效的敏感性结构参数进行了初探。得到了提高器件抗脱层开裂能力的方法。研究结果表明:(1)通过获得了模塑封材料、底充胶和芯片粘接剂材料的吸湿和解吸附的饱和吸湿量和潮湿扩散率。应用这些材料参数对器件进行仿真,仿真结果能很好的与吸湿扩散和解吸附的实验结果相符合。(2)由于SQFN器件内部的芯片粘接剂、底充胶和模塑封材料在吸湿扩散和解吸附过程中存有较多的水分,且在内部形成了较高的分布梯度,使得同等条件下的湿热合成应力普遍高于单独考虑的热-机械应力。因此在加工和保存过程中应采取一定的干燥措施。(3)仿真中,芯片粘接剂上下界面的脱层失效参数Damage值远高于底充胶的上下界面,并且都分布在界面的两端,由于铜焊盘Diepad与芯片粘接剂的粘接强度低于芯片与芯片粘接剂的粘接强度,所以在芯片粘接剂与Diepad之间的界面的两端较容易出现脱层开裂失效。这与实验所观测到的层裂发生位置相一致,故很好的证明了仿真的正确性。(4)通过研究器件的结构参数对脱层失效的影响得知,铜焊盘Diepad厚度的增加可以很有效的提高SQFN封装器件的抗脱层能力,从而增强了器件的可靠性,为设计高可靠性的SQFN器件提供了很好的参考意见。论文研究成果,对于研究者们深入理解潮湿扩散行为、湿热合成应力以及进一步研究脱层开裂失效具有较好的指导意义。