电子封装倒装焊的数值模拟及高聚物固化工艺参数优化

摘要

粒子填充热固性聚合物作为重要的微电子封装材料已被广泛应用,如作为粘接材料、底充胶、塑封材料等。热固性高聚物在固化过程中,材料的分子链相互交联逐渐增加,液态转变为固态,产生体积收缩,同时材料的刚度随之增加。当它的收缩受到周围材料的约束时,就会产生相应的应力、应变场。倒装焊微电子封装中底充胶的固化将会产生残余应力并由此引起封装器件的形变。通常认为封装器件的形变是由封装界面应力以及结构的位移引起的。由固化残余应力引起的封装器件的形变一直以来都是影响封装可靠性的主要因素之一。过度的形变不仅会影响器件在底充胶固化以后的组装工艺,还有可能产生如器件开裂,界面分层等封装失效问题。最近的研究成果显示选择合适的固化工艺参数可以显著的减少器件的形变。
　　在文中,用统一型的粘塑性Anand模型来描述共晶SnPb焊点的蠕变和应力松弛行为,用基于固化过程的粘弹性本构模型来描述环氧树脂底充胶在固化过程及随后热载荷过程中封装残余应力及器件变形的萌生及演变过程。采用二维有限元方法模拟分析了倒装焊微电子封装器件在底充胶二级固化、冷却及随后的热循环过程中应力应变行为以及器件的形变问题。总结了研究裂纹扩展的基本方法,建立了基于裂纹前沿区域断裂力学理论的底充胶分层裂纹模型,采用裂纹扩展的数学模型模拟分析了在热循环过程中引入的底充胶与基板和底充胶与硅芯片之间的界面分层等问题。分析了固化工艺参数对封装器件形变的影响,提出了基于响应面技术的固化工艺参数的简化数学模型,采用约束变尺度法(CVM)对模型进行了优化,有效地减小了固化及随后的冷却过程所引起的封装器件的形变。研究成果对电子封装的工艺参数优化以及提高器件可靠性具有重要意义。

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第一章 绪论

§1.1 微电子封装技术的演变[1]

§1.2微电子封装的分类及其特点[1]

§1.3 微电子封装技术的发展趋势[1-4]

§1.4倒装焊微电子封装技术

§1.5论文研究的基本情况

§1.6本章小结

第二章 倒装焊微电子封装的数值模拟

§2.1 倒装焊微电子封装中的材料模式

§2.2 倒装焊微电子封装的数值模拟

§2.3 倒装焊数值模拟结果及讨论

§2.4 本章小结

第三章 倒装焊环氧树脂底充胶的分层开裂失效研究

§3.1底充胶的分层开裂失效机理

§3.2 断裂力学及其在电子封装可靠性中的应用

§3.2 有限元模拟研究

§3.3 防止倒装焊底充胶界面分层开裂的措施

§3.4本章小结

第四章 固化工艺参数对器件形变的影响及优化

§4.1固化工艺参数对封装器件形变的影响

§4.2 响应面分析的相关理论[49-51]

§4.3 底充胶固化工艺参数响应面模型的建立

§4.4 响应面模型的优化

§4.5本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 主要研究成果

§5.2 研究展望

参考文献

附录A 倒装焊有限元模型的产生

附录B 参数化加载程序程序

附录C 底充胶与芯片的裂纹几何模型

附录D 底充胶与基板的裂纹几何模型

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢