SnAgCu钎料液体润湿和桥接行为的数值模拟研究

论文摘要

随着表面贴装技术(SMT)和球栅阵列(BGA)技术的发展,特别是细间距技术的广泛应用,集成电路(IC)输入输出端口(I／O)的尺寸与间距不断减小,封装密度也越来越高。钎料桥接已成为高密度封装中危害最大、发生率较高的焊点缺陷。印刷电路板(PCB)上焊盘图形的位置配准是影响焊点缺陷的关键因素,优化的焊盘和钎料的几何构型是制造工艺可靠性的保证。阻焊层(solder mask)在回流焊接工艺期间起到阻止钎料入侵和防止桥接的作用,它的润湿特性对于控制高密度封装中的焊接缺陷越来越重要。这些因素凸现出研究钎料液体润湿形态控制问题的重要性。针对上述问题,本论文采用有限元数值分析软件Surface Evolver计算模拟了SnAgCu钎料液体在由焊盘和阻焊层所组成的多种基底结构上的润湿行为,研究内容和主要结果包括以下三方面：1.模拟了SnAgCu钎料液体在不润湿线上去润湿的行为及最终形状,研究了钎料桥接机理。通过模拟,找出了钎料液体能够被分割时临界高度HC与不润湿线宽度W的关系。模拟结果与先前的实验结果基本吻合,也符合理论模型的分析。这些结果反映了微电子互连中桥接发生的本质。2.模拟了SnAgCu钎料液体在不润湿圆上去润湿的行为及最终形状,发现钎料的高度小于临界高度时才能发生去润湿。通过模拟,找出了不润湿圆的直径与临界高度的关系,与先前的实验结果能较好地吻合。3.模拟了SnAgCu钎料液体在4×4润湿阵列结构上的去润湿过程,理论上提出并初步模拟了用结构化的不均匀基底上的润湿与去润湿分割和控制钎料形状的方法,探索了用该方法制作钎料凸点的可能性。对钎料液体在不均匀基底上润湿和桥接行为的研究,有助于揭示锡钎焊连接密度的极限,对新的高密度互连技术的提出有一定的价值,对推动电子产品的小型化、微型化有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电子封装的定义及功能
• 1.2 微互连技术
• 1.2.1 微互连技术的发展
• 1.2.2 倒装芯片技术
• 1.2.3 表面贴装技术及常见缺陷
• 1.3 微互连技术中的润湿行为
• 1.4 润湿的研究现状
• 1.4.1 润湿的定义及发生条件
• 1.4.2 润湿的分类
• 1.4.3 润湿中的基本概念
• 1.4.4 受限润湿
• 1.5 焊点形态及桥接研究现状
• 1.6 本文的研究意义及内容
• 第二章 钎料液体润湿模型的建立与计算方法
• 2.1 模型建立的假设条件
• 2.2 模型建立的理论基础
• 2.3 力学模型与能量控制方程
• 2.3.1 重力及重力势能
• 2.3.2 表面张力及表面势能
• 2.3.3 固液界面及及其能量
• 2.4 建立研究对象的数值模型
• 2.4.1 软件简介
• 2.4.2 初始网格的划分
• 2.4.3 约束条件的描述
• 2.4.4 基本物理参数
• 2.4.5 数值模拟的计算过程
• 2.5 计算模拟中存在的问题及解决方法
• 2.6 润湿二维模型模拟结果与理论分析的对比
• 2.7 本章小结
• 第三章 SnAgCu钎料液体在Cu基底上润湿的模拟
• 3.1 引言
• 3.2 模拟实验
• 3.3 本章小结
• 第四章 SnAgCu钎料液体在不润湿线上去润湿的模拟
• 4.1 引言
• 4.2 液体的去润湿现象
• 4.3 不润湿线上去润湿的模拟
• 4.4 实验验证
• 4.5 桥接机理讨论
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 不润湿线宽度的影响
• 4.6.2 润湿区域大小的影响
• 4.7 十字不润湿线上去润湿的模拟
• 4.8 本章小结
• 第五章 SnAgCu钎料液体在不润湿圆上去润湿的模拟
• 5.1 引言
• 5.2 不润湿圆上去润湿的模拟
• 5.3 实验验证
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 不润湿圆直径的影响
• 5.4.2 润湿区域大小的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 用不均匀基底上的润湿制作凸点初探
• 6.1 引言
• 6.2 理论分析
• 6.3 结构化不均匀基底上润湿的模拟
• 6.4 本章小节
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢