基于失效物理的多芯片组件可靠性分析

摘要

多芯片组件封装技术在电子工业中受到很广泛的关注，它是一种能够实现电子系统高效运转和电子整机小型化的有效途径，能够发挥半导体器件集成电路的优良性能，但是其复杂的结构与不同的服役环境使多芯片组件的可靠性分析具有自己的特殊性，因此其研究方法和手段对保证多芯片组件产品在全寿命周期内的质量具有重要意义。在正常工作状态下，多芯片组件在全寿命周期内执行的任务不同，其承受的环境载荷与应力也不尽相同。本文结合相关项目经验，将从多芯片组件物理失效的角度出发，考虑多芯片组件的实际设计与环境负载条件，对其进行可靠性分析，并开展基于失效物理的多芯片组件的寿命预测与可靠性分析方法的研究。主要内容如下：
　　首先，考虑到多芯片组件封装形式的特点，根据多芯片组件的不同方面，从物理和化学角度详细介绍多芯片组件中各个模块可靠性对整体可靠性的影响，并揭示其失效机理与失效模式特点。在此基础上，研究多芯片组件全寿命周期内在不同任务剖面和不同应力剖面下的失效机制，并且考虑影响多芯片组件固有可靠性的设计、材料、工艺等内在因素，建立基于失效物理的可靠性技术框架来解决多芯片组件的寿命预测问题，并结合有限元分析模拟多芯片组件实际工作条件，完成多芯片组件在热循环下的有限元分析。针对多芯片组件焊点失效这一典型失效模式，分析其寿命预测模型，并用有限元分析的方法对其进行在热循环载荷下的寿命预测。
　　其次，针对多芯片组件多种失效模式共存的问题，根据国内外多芯片组件失效模式的研究现状，对多芯片组件的过应力失效和损耗失效进行竞争失效分析研究，运用马里兰大学多芯片组件可靠性试验相关数据，揭示多芯片组件失效本质与过程。考虑到失效模式间的相关性，通过建立多元对数正态分布函数的联合分布模型进行相关性假设检验，运用相关性系数来描述失效模式间的相关关系。
　　最后，在失效物理分析的基础上，对多芯片组件加速寿命试验进行了初步探索。分析三种加速寿命方法的优劣性，结合多芯片组件实际工况及可靠性特点，建立一种改进后的加速寿命试验。并确定加速寿命试验选择的应力以及其施加方式。最后对改进的试验方案进行可靠性统计分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容及结构

第二章 基于失效物理的MCM可靠性理论研究

2.1 失效物理分析及FMMEA方法

2.2 MCM的热应力失效

2.3 MCM芯片的失效分析与质量认证

2.4 MCM中的互连失效及检测技术

2.5 MCM中介质膜与粘合剂材料的可靠性

2.6 印制电路板电镀通孔的可靠性

2.7 本章小结

第三章 MCM失效物理建模技术框架

3.1 引言

3.2 基于失效物理的MCM可靠性技术框架

3.3 MCM典型失效模式失效物理分析

3.4 本章小结

第四章 考虑过应力失效和损耗失效的竞争失效分析

4.1 引言

4.2 考虑过应力失效和损耗失效的竞争失效分析

4.3 多失效模式间相关性分析

4.4 本章小结

第五章 MCM的可靠性试验方法研究

5.1 引言

5.2 MCM加速寿命试验

5.3 MCM加速寿命试验设计及其实施

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 后续研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果