微电子倒装焊封装粘弹特性分析

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．本文建立3D封装体有限元模型对封装过程进行有限元数值模拟，充分考虑了焊料无铅化的发展趋势，采用96．5Sn3．5Ag无铅焊料替代以往研究中的SnPb焊料。对比研究了不同底充胶材料模型对封装体内应力、应变及变形的影响。2．在以上基础上，分析

2、了封装完成后留置时间长短对封装体各部分内残余应力、应变和变形的影响。说明了底充胶的粘弹特性是不能忽略的，考虑底充胶的粘弹特性能更真实的反应封装体内应力、应变水平及翘曲变形。I啤亥中伽罗，／，矿，西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第一章绪论随着信息产业的飞速发展，信息流通与交换需要先进的传输系统和通信网络，更需要支持信息技术的高精密电子器件和集成电路。随着微电子技术的不断发展，微电子封装技术也得到了迅速发展。预计全球的电子封装市场份额约有1250亿美元，约占整个半导体产业的lO％。2004年电子封装产业的产值已经达到约320亿美元，全球雇员超过100万人。

3、电子封装是采用一种方法将芯片封装在一个模块化的形式中，使它可以安装到一部手机，一台笔记本电脑，甚至一个烟雾探测器中并发挥它的功效。以往我们通常采用金丝键合完成芯片焊点到基板的电气连接。近年来，倒装互连(FCB)结构越来越多的被采用。倒装片技术有很多优点。倒装焊的互连线非常短，互连产生的杂散电容、互连电阻和互连电感均比WB(WiredBonding，引线键合)和TAB(TapeAutomatedBonding，载带自动键合)小得多，更适合高频、高速的电子产品应用。同时，FCB芯片安装互连占用的基板面积小，芯片安装密度高。此外，FCB芯片焊区可面阵布局、更适合

4、高I／O数的LSI、VLSI芯片使用。由于芯片的安装、互连是同时完成的。这就大大简化了安装互连工艺，快速、省时。适于使用先进的SMT(SurfaceMountedTechnology。表面组装技术)进行工业化大批量生产。但倒装片封装过程中会遇到很多问题。比如，底部填充料和芯片钝化层之间分层、填充空洞、填料裂纹、焊点和填充料在温度循环下蠕变变形的积累开裂等都会引起封装失效。特别是有机基板用于封装后，由于芯片和有机基板热膨胀系数的不匹配，当封装受到热循环载荷时会造成应变积累，最终导致封装失效。每一种新封装的问世，都要经过全面细致的质量认证，其中包括一整套可靠性

5、测试。这种可靠性测试有时长达数月或更久。在生产的工程中也会遇到各种各样的封装问题。有限元数值模拟为缩短测试时间，快速找出封装生产过程中出现的失效问题提供了一种有效而且可靠的手段。1．1微电子封装与组装技术电子封装发展的总原则是，在保证可靠性的前提下提高信号传输速度，提高功率，提高散热能力，增加I／0端口数，减少器件尺寸，降低生产成本。目前IC封装概念已由器件封装扩展为电子封装，即包括从芯片到组装在印刷西南交通大学硕士研究生学位论文第2页电路板的全过程。迄今为止，微电子产业一般仍采用将晶片划分为一系列单个芯片，再进行各个芯片各自封装，并进一步组装成系统，从而

6、形成了微电子封装系统中的多级封装组装体系。图卜1中显示了三级封装的层次，第一级为芯片级封装：第二级为电路板(卡)级组装，第三级为母板级组装。从中我们也可以看到，一级封装的好坏将对其他封装层带来很大的影响。国图卜1电子封装层次示意图1．1．1电子封装的演变及其发展趋势电子封装的发展极其迅速，发展变化大，封装结果多样，种类繁多，但封装体的主要功能是不变的。封装使芯片和印制电路板之间实现电源与信号的互连，同时给芯片提供机械支撑、环境保护以及散热通道。自1947年美国电报电话公司(AT＆T)贝尔实验室的三位科学家发明第一只晶体管起，就同时开创了微电子封装的历史。到

7、现在电子封装已经经过了三个阶段。第一阶段：在20世纪70年代以前，晟早足以三引线的T0型外壳为主，工艺主要是金属玻璃封接工艺。1958年第一块集成F乜路的问世推动了多引西南交通大学硕士研究生学位论文第3页线封装外壳的发展。随着集成电路不断从小规模向中、大规模发展，出现了多层陶瓷技术。60年代发明的双列直插封装(DIP-DualinLinePackage)在70年代成为了主导产品。同时，人们还开发出陶瓷双列直插封装、陶瓷一玻璃双列直插封装和塑料双列直插封装。尤其是塑料双列直插封装(DoubleIn—linePackage，DIP)，由于性能优良、成本低廉又能

8、批量生产而成为主流产品。但此种封装都是穿孔安装技术，封装主体技术是