倒装叠层金钉头凸点键合成型仿真及可靠性研究

摘要

倒装芯片技术是芯片互连主要方式之一。本文通过有限元仿真以及实验验证的方法，对倒装芯片叠层金钉头凸点键合成型及其应力应变进行了分析：倒装叠层第一层金钉头凸点应力应变水平分布较高的区域集中在以焊盘几何中心的同心圆周边区域，金钉头凸点将优先在这个区域内与焊盘形成键合；倒装芯片叠层金钉头凸点高度随着键合压力、键合功率以及键合时间的增大而减少，第一层金钉头凸点直径和第二层金钉头凸点直径随着键合压力、键合功率以及键合时间的增大而增大；倒装叠层金钉头键合过程中，劈刀对第一层金钉头凸点关键尺寸的影响少于对第二层金钉头凸点的影响；进行第二层金钉头凸点的键合时，为了保证第一层金钉头凸点不会因为第二层金钉头凸点的键合出现失效，需要保证键合压力以及键合功率在一定的范围之内。　　基于正交试验设计，设计了键合工艺参数不同水平组合倒装叠层金钉头热循环加载仿真凸点应力应变分析，结果表明：倒装叠层金钉头凸点热循环应力应变分布是不均匀的，应力应变最大值出现在凸点与焊盘键合处；倒装叠层金钉头凸点热循环加载条件下关键时刻点最大应力应变值极差方和方差分析表明：热循环加载条件下，键合参数对倒装叠层金钉头凸点应力应变影响由大到小排序为：键合压力>键合功率>键合时间；其中键合压力对倒装叠层金钉头凸点应力应变影响为显著，其它两个键合工艺参数不显著；倒装叠层金钉头凸点最优键合工艺参数水平组合为：键合压力为64gf、键合功率为0.15w以及键合时间为34ms。　　对热压超声焊机制作的倒装叠层金钉头凸点样件进行了100天共计2400小时的热循环加载可靠性实验，金钉头凸点失效数据极差和方差分析表明：热循环加载条件下，各键合工艺参数对倒装叠层金钉头凸点可靠性影响按大小排序为：键合压力>键合功率>键合时间；热循环加载条件下，对倒装叠层金钉头凸点可靠性影响显著的键合工艺参数是键合压力，其它两个键合工艺参数为不显著；倒装叠层金钉头凸点最优键合工艺参数水平组合为：键合压力64gf、键合功率0.15w以及键合时间34ms；利用Weibull分布对倒装叠层金钉头凸点热循环加载失效数据分析表明：倒装叠层金钉头凸点热循环加载失效 Weibull分布的尺度参数?和形状参数?分别为515.1522和5.032403；其期望寿命（平均寿命） E(t)为474.3985小时，中位寿命t0.5为478.967小时，特征寿命t0.368为515.1186小时。

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第一章 绪论

§1.1 本课题研究背景

§1.2 倒装芯片钉头凸点键合成型国内外研究现状

§1.3 倒装芯片互连凸点可靠性国内外研究现状

§1.4 倒装叠层金钉头凸点工程应用所面临的问题及研究意义

§1.5 本论文主要研究内容

第二章 热压超声键合及有限元相关理论

§2.1 热压超声键合技术

§2.2 ANSYS/LS-DYNA显式分析相关理论