FCOB器件中芯片与底充胶界面层裂可靠性研究

摘要

界面层裂是塑封半导体器件的主要失效模式之一。本文以基板倒装焊器件(flip chip on board,FCOB)为研究对象,重点研究了FCOB器件在热载荷、湿热载荷驱动下底充胶与芯片界面的层裂问题。本文主要研究内容由以下两部分组成:
　　第一部分:底充胶动态力学分析(DMA)实验
　　粘弹性是底充胶的一种重要动态力学行为,准确表征这一特性对有限元分析中底充胶材料正确建模是相当重要的。在有限元软件MSC.MARC中材料的粘弹性是用广义Maxwell模型来描述的。通过动态力学分析(DMA)实验能够获得构建该模型所需的参数。
　　第二部分:底充胶与芯片界面层裂的有限元分析
　　1.对FCOB器件在85℃/85％RH条件下放置168小时的吸潮过程和吸潮后器件在-55℃~125℃热循环条件下的脱潮过程分别进行了研究,获得了器件在吸脱潮过程中的湿度分布。
　　2.分析了FCOB器件在热载荷作用下的应力和应变分布,并据此确定了器件在这种载荷作用下,底充胶和芯片界面最易出现分层的位置。
　　3.基于脱潮过程的湿度分布,分析了FCOB器件在湿热集成载荷作用下的应力和应变分布,并据此确定了器件在这种载荷作用下底充胶与芯片界面最易出现分层的位置。
　　4.通过预置初始裂纹并计算裂尖的J积分,进一步研究了底充胶与芯片界面的分层扩展。通过研究确定了该界面分层扩展的关键位置,同时预测了分层扩展的趋势,还分析了湿气、底充胶热膨胀系数和倒角高度对该界面分层扩展的影响。

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第一章 绪论

§1.1 论文研究的来源及意义

§1.2 微电子封装及其发展

§1.3 芯片级封装与芯片级互连

§1.4 倒装焊工艺

§1.5 论文研究背景

§1.6 论文的国内外研究现状

§1.7 论文主要工作

第二章 基础理论

§2.1 热传导理论

§2.2 潮湿扩散和湿热类比理论

§2.3 断裂力学理论

第三章 底充胶材料性能研究

§3.1 底充胶的粘弹性表征模型

§3.2 时间-温度等效转化原理

§3.3 底充胶的DMA实验

§3.4 本章小结

第四章 FCOB器件在热/湿热集成载荷作用下的界面分层研究

§4.1 FCOB器件中潮湿扩散的有限元分析

§4.2 FCOB 器件在热循环载荷作用下的界面分层研究

§4.3 FCOB器件在湿热集成载荷作用下的界面分层研究

§4.4 本章小结

第五章 FCOB器件界面分层扩展研究

§5.1 底充胶与芯片界面分层扩展关键位置的研究

§5.2 湿气对底充胶和芯片界面分层扩展的影响

§5.3 底充胶CTE对FCOB器件底充胶与芯片界面分层扩展的影响

§5.4 底充胶倒角高度对FCOB器件界面分层扩展的影响

§5.5 FCOB器件中界面分层扩展趋势的研究

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 本文主要研究成果

§6.2 进一步研究的展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢