环氧树脂复合材料的流变特性及底部填充工艺研究

摘要

底部填充工艺可以减小因基板与芯片热膨胀系数不匹配所引起的变形，因此是提高封装稳定性的关键工艺。底部填充胶的流变特性是影响填充过程的重要因素。所以本文针对环氧树脂复合材料的流变特性及底部填充工艺，主要开展了如下工作：
　　（1）测得底部封装材料环氧树脂及其复合材料的粘度，并建立了添加物含量与复合材料粘度关系的本构模型。分析其流变特性得，环氧树脂和氧化铝/环氧树脂复合材料为牛顿流体；碳纳米管/环氧树脂复合材料和两相填充型复合材料为假塑性流体。氧化铝和碳纳米管的加入会增加环氧树脂基体材料的粘度系数。
　　（2）在Washburn模型基础上，建立了一个新的解析模型，用于预测毛细驱动型底部填充流动过程。此模型更合理地考虑了焊球对流动的影响，以及底部填充胶在焊球表面、芯片与基板工作面上不同的接触角。
　　（3）基于所建解析模型，分析了填充材料与工艺参数对流动速率的影响。底部填充胶粘度越大，填充越快，当粘度小于20Pa.s时，流速减缓趋势更加明显。结合材料流变性能分析得，添加物含量越高，填充速度越慢，所以可以通过适量减少添加物来加快流速。填充材料表面张力越大、接触角越小，填充速度越快。除此之外，控制芯片与基板间隙高度在转折点附近、减小焊球直径尺寸、增大焊球间距，也是提高的流动速度的有效方法。
　　（4）基于Fluent软件，建立了底部填充流动的三维数值模型。利用所建模型仿真研究了“边界效应”对流动前沿的影响，发现两侧的流动快于中间部分。但是“边界效应”并不容易引发形成融合纹、夹气和短缺等缺陷。因此在设计芯片时，不用着重考虑。
　　（5）基于所建立的数值模型对不同点胶方式的底部填充流动进行仿真。研究不同点胶方式下流动前沿的形态，发现I型和L型点胶的夹气、短缺和融合纹等缺陷的潜在性小，而U型点胶方式的产品缺陷可能性较大。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究内容

2 环氧树脂复合材料流变特性测试分析

2.1 引言

2.2 环氧树脂流变性能测试

2.3 氧化铝/环氧树脂复合材料流变性能分析

2.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料流变性能分析

2.5 两相填充型复合材料流变性能分析

2.6 本章小结

3 底部填充胶的流动成型性能分析

3.1 引言

3.2 底部填充的物理建模

3.3 底部填充工艺实验与模型验证

3.4 底部填充胶流变特性对填充过程影响

3.5 其它影响因素分析

3.6 本章小结

4 底部填充工艺的仿真分析

4.1 引言

4.2 数值计算的模型

4.3 数值计算的实现

4.4 实验对比与分析

4.5 基于仿真的流动前沿分析

4.6 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文