电子塑封器件中湿气在焊接回流阶段对器件分层失效的影响

论文摘要

微电子封装中常用的聚合物材料因易于吸收周围环境中的湿气而对器件本身的可靠性带来很大的影响。这些湿气在焊接回流温度时将产生蒸汽压力，从而使电子封装产品最终产生“爆米花”失效。因此在微电子封装产品的可靠性和稳定性分析中，湿气分析显得格外重要。越来越多的研究人员开始专门研究封装体内湿气的吸收、扩散和由湿气导致的失效问题。本文着重分析湿气在焊接回流阶段对封装体引起的分层失效问题。根据广义自洽法的思想，本文对聚合物材料建立了一个细观力学模型，可称之为考虑材料细观结构演化的三相模型，其中等效介质的性质用Mori-Tanaka方法估计。通过该模型，推导了聚合物材料在热膨胀和蒸汽压力作用下的变形方程，可同时确定焊接回流时封装体内的蒸汽压力和聚合物材料的孔洞体积份数。对芯片尺寸封装（CSP）面板中的芯片黏接层在焊接回流时的变形状况、蒸汽压力和孔隙率做了计算分析。靠近界面层的孔洞受蒸汽压力的作用发生膨胀变形，发生连结而形成界面裂纹。论文的第二部分考虑了一个芯片黏接层和基板之间受蒸汽压力作用的椭圆盘状裂纹。计算了该裂纹在不同虚拟裂纹扩展方向上的应变能释放率，并比较了不同虚拟裂纹扩展方向上的应变能释放率的大小，讨论了裂纹扩展后的稳定性问题。最后，用有限元软件对芯片黏接层和基板间的中心裂纹在焊接回流温度160-2200C下的变形做了数值模拟。通过虚拟裂纹闭合法求得界面裂纹尖端的应变能释放率分量，讨论了该裂纹的断裂模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微电子封装技术简介
• 1.1.1 封装工程的技术层次
• 1.1.2 电子封装的分类
• 1.1.3 封装材料的分类
• 1.2 微电子封装所实现的功能
• 1.2.1 电源分配
• 1.2.2 信号分配
• 1.2.3 散热通道
• 1.2.4 机械支撑
• 1.2.5 环境保护
• 1.3 微电子封装器件的力学失效形式及失效原因
• 1.3.1 微电子封装器件力学失效形式
• 1.3.2 微电子封装器件失效原因
• 1.4 微电子封装的湿气研究
• 1.5 微电子封装器件的“爆米花”式结构开裂及分层失效概述
• 1.6 本论文的研究内容
• 1.7 本论文的研究意义
• 第二章 复合材料等效性质估计方法简介
• 2.1 引言
• 2.2 复合材料的等效弹性模量
• 2.3 Eshelby 等效夹杂理论
• 2.3.1 Eshelby 相变问题
• 2.3.2 等效夹杂原理
• 2.4 复合材料等效弹性模量的自洽理论
• 2.5 复合材料等效弹性模量的广义自洽法
• 2.6 等效弹性模量的微分法
• 2.7 预报等效弹性模量的 Mori-Tanaka 方法
• 2.8 小结
• 第三章 基于细观力学的蒸汽压力和孔隙率模型
• 3.1 引言
• 3.2 细观力学模型的建立
• 3.3 细观力学模型的求解
• 3.4 细观力学模型的应用
• 3.5 结果和讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 封装体内界面椭圆盘状裂纹的扩展方向及扩展稳定性
• 4.1 引言
• 4.2 周边固支椭圆形 Reissner-Mindlin 板的挠度近似解
• 4.3 椭圆盘状裂纹应变能的求解
• 4.4 裂纹应变能释放率的求解
• 4.5 裂纹扩展方向的讨论
• 4.6 裂纹扩展稳定性的讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 CSP 封装体基板和 DAF 界面中心裂纹的有限元分析
• 5.1 界面裂纹
• 5.1.1 界面处应力跳跃
• 5.1.2 裂纹尖端场
• 5.1.3 β=0 的界面韧性
• 5.1.4 β≠0 的界面韧性
• 5.2 虚拟裂纹闭合法简介
• 5.3 CSP 封装体模型及材料常数的选取
• 5.4 CSP 封装体建模及计算
• 5.5 裂纹应变能释放率的计算及讨论
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文