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1、CSP封裝產品在循環熱應力下之 可靠度分析BoardLevelReliabilityofChipScalePackage UnderCyclicThermomechanicalLoadingYeong-JyhLinDepartmentofMechanicalEngineeringNationalChengKungUniversityTainan,TaiwanJune15,2000內容摘要CSP產品簡介可靠度簡介透過實驗求得可靠度利用電腦模擬得到可靠度實驗與模擬之結果比較結論PolymerProc
2、essingLab.,ME,NCKUCSP產品簡介封裝完成後之面積(Footprint)約為晶片(Die)之1.2倍依其結構可分為四類FlexCircuitInterposerRigidSubstrateInterposerLeadFrame(Lead-on-Chip)WaferLevelAssemblyPolymerProcessingLab.,ME,NCKU分析之CSP產品南茂科技SOC(SubstrateOnChip)產品CompoundAuwireChipTapeSubstrateSol
3、derBallPolymerProcessingLab.,ME,NCKU可靠度簡介可靠度之定義元件於特定使用環境下一定時間內之損壞機率為何需要可靠度瞭解生產品質輕薄短小功能、成本PolymerProcessingLab.,ME,NCKU封裝產品之可靠度實驗熱循環測試ThermalCyclingTest簡稱TCT加速因升降溫所造成之破壞發生熱衝擊測試ThermalShockTest簡稱TSTPressureCoolerTest(PCA)抗濕氣能力PolymerProcessingLab.,ME,N
4、CKU實驗及模擬之流程產品設計生產設備開發取得材料參數線性分析(熱傳、熱應力)非線性分析可靠度分析產品量產可靠度實驗小量試做產品製程參數調整PolymerProcessingLab.,ME,NCKU實驗步驟將一定數目之元件放入實驗機中每100個循環取出等量之元件進行檢測產品染色後，在將元件拔離機版加電壓檢測其迴路之電阻值可得到循環數對損壞機率之值PolymerProcessingLab.,ME,NCKU使用電腦分析可靠度之步驟建立分析模型找出產品最容易破壞處使用非線性分析模擬破壞行為整理分析結果
5、透過疲勞模型(FatigueModel)得到模擬之循環數PolymerProcessingLab.,ME,NCKU錫球問題因存放及使用溫度高於溶解溫度的一半，會繼續產生結晶，並變形鬆弛應力使用時升溫降溫產生類似疲勞之效應材料發生永久變形漸漸產生裂縫，繼而成長、破壞PolymerProcessingLab.,ME,NCKU錫球行為分析因錫球為具韌性之合金，故使用黏塑(Viscoplastic)性質模擬之其行為在ANSYS中屬Rate-DependentPlasticity使用Anand’sMode
6、l模擬錫球之變形PolymerProcessingLab.,ME,NCKUAnand’sModel為ANSYS內建需輸入9個材料參數變形速率為溫度應力之函數PolymerProcessingLab.,ME,NCKU簡化模型因整體對稱，取四分之一模擬之忽略金線之影響不考慮製程所造成之內應力及應變假設材料間之接合為為理想結合(IdealAdhesion)假設溫度變化時，結構之整體溫度皆相同PolymerProcessingLab.,ME,NCKU模型建立建立2-D模型SolderBallFR-4BT
7、DieTAPEEMCBTSolderBallFR-4EMCPolymerProcessingLab.,ME,NCKU模型建立(continue)建立3-D模型FR-4DieEMCBTBTEMCDieTapeSolderBallPolymerProcessingLab.,ME,NCKU材料參數除錫球外，其他皆使用線性材料性質PolymerProcessingLab.,ME,NCKU材料參數(continue)錫球之材料參數PolymerProcessingLab.,ME,NCKU線性分析將溫度由2
8、5℃提升至235℃觀察整體之應力分佈及變形情形實驗及模擬翹曲量比較PolymerProcessingLab.,ME,NCKU3-D線性分析結果PolymerProcessingLab.,ME,NCKU翹曲量比較ShadowMoirè量測實際翹曲量(南茂科技)PolymerProcessingLab.,ME,NCKU非線性分析模擬熱循環測試之溫度循環在5min內由-65℃上升至150℃將溫度維持在150℃持續15min再將溫度在6min內降回-65℃最後維持在-65℃持續15min使用Anand’
