电子封装可靠性研究

2000年，全球信息技术(IT)和电子市场的产值已达到1.2万亿美元，成为当今世界的第一大产业。IC的核心是集成电路芯片。每块集成电路(IC)芯片在使用前都需要封装。封装是IC芯片支撑、保护的必要条件，也是其功能实现的主要组成部分。随着芯片及集成的水平的不断提高，电子封装的作用也变得越来越重要。 新近发展起来的电子封装倒装焊技术，具有封装密度高、信号处理速度快、寄生电容/电感小等优点，是目前最具发展前景的先进封装技术之一。本文针对倒装焊封装可靠性问题进行了实验和数值模拟两方面的研究。本论文主要包括以下五方面的内容： 1．采用MIL-STD-883C标准，通过温度循环实验，使用高频超声显微镜(C-SAM)无损检测技术，测量了在不同焊点状态下，B型和D型两种实际倒装焊封装芯片与底充胶界面分层裂缝传播速率。目前，测定实际倒装焊封装界面分层传播速率报道尚少见。 2．界面分层失效是影响电子封装可靠性的重要因素之一。为了对界面分层及其传播行为进行深入研究，本文对B型和D型两种实验倒装焊封装，在热循环加载下，进行了有限元模拟。并在有限元模拟中采用三种不同的断裂力学方法(裂缝顶端开口位移方法、直接方法、J积分方法)计算了焊点断裂与否时的能量释放率G。然后由实验测得界面裂缝扩展速率和有限元模拟给出的能量释放率，拟合得到可作为倒装焊封装可靠性设计依据的Paris半经验方程。本文在热循环加载条件下对实际倒装焊封装给出实验da/dn和模拟G关系的Paris方程，属首次报导。 3．提出了一种通过特定的扁平小矩形路径J积分，计算电子封装中异质界面分层裂缝扩展能量释放率的新方法。并通过实例证明，此新方法对于界面分层问题是可行的。由于J积分计算十分简便，因此扁平小矩形路径J积分方法有望在电子封装分层能量释放率计算中得到广泛的应用。 I－＋十材’【学院上7酬＆系统与信息技术M‘究所博十学位沦文 。1．日沁；司知〔‘匕子封装己经对，匕于封装设计提出了更高的要求。为了缩短产；＼．‘； 设计和原型制作周期；电于封装的设计方法和工旦的研究己经；隧来越受到重 视，什己经迹步发展成为1匕于封装的一个新的研究领域。但至今尚缺乏这方 lfi7综合性、系统性的报导。本义尝试从电子封装电学设计、热学设计和力学 设计（司靠性设计）三个．上要方面，详细归纳总结了电于封装设计的的基本 概念和一股方法，设计规范，测试，模拟和设计的一般流程。山此达到确保 J‘上品；兄质，优化设汁和缩短产品上市周期的目mb。 5．丛于州别S有限元分析软件，＊展先进电于封装设计及其工具的研究。为实 砚设计自动化研究了若于最主翌的电子封装构型（如“r，肿P，1儿“， 【’卜P－C一P，咐讹）的参数化牲模方法，和在若干工艺和试验条件下l－B于封 装在参数化加载下的热学和力学行为模拟方法。模拟包括按几Dn标准进行 热阻的计算方法，热回流焊和热循环中应力／应变行为的模拟方法，以及I。B 于封装吸洲行为的模拟方法。