【摘要】：微電子封裝器件往往是由多種材料塑封組成,由于不同材料間存在機(jī)械和熱性能失配的問(wèn)題,所以在塑封類封裝器件的生產(chǎn)、測(cè)試和服役過(guò)程中,封裝器件內(nèi)部異質(zhì)界面處易產(chǎn)生界面層裂失效。本文針對(duì)微電子封裝器件常見的層裂失效問(wèn)題,以環(huán)氧塑封材料(EMC)與銅基板組成的異質(zhì)界面為研究對(duì)象,基于內(nèi)聚力法,通過(guò)模擬仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,對(duì)界面層裂萌生過(guò)程中的力學(xué)行為開展研究,旨在探尋一種實(shí)驗(yàn)測(cè)試界面層裂極限拉伸強(qiáng)度的測(cè)試方法,以建立一組可表征EMC-Cu異質(zhì)界面層裂萌生及擴(kuò)展的內(nèi)聚力模型參數(shù)。研究?jī)?nèi)容包含以下幾個(gè)方面:(1)提出了一種不含預(yù)裂紋的雙懸臂梁測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試界面層裂極限拉伸強(qiáng)度的方法�；谠摐y(cè)試結(jié)構(gòu),探討了建立界面層裂萌生及擴(kuò)展仿真分析模型的方法。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)合內(nèi)聚力模型理論,分析界面層裂萌生過(guò)程中層裂萌生點(diǎn)的應(yīng)力變化與實(shí)驗(yàn)可測(cè)力-位移曲線之間的關(guān)系。仿真結(jié)果表明,界面層裂萌生處的拉伸應(yīng)力在層裂的萌生過(guò)程中占主導(dǎo)地位;致使界面層裂萌生的最大拉伸載荷只與極限拉伸強(qiáng)度相關(guān),不受極限剪切強(qiáng)度影響。由此論證了采用實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法獲取EMC-Cu異質(zhì)界面層裂萌生極限拉伸應(yīng)力值的可行性。(2)制備不含預(yù)裂紋的測(cè)試樣品,開展EMC-Cu界面層裂萌生力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。首先,基于杠桿原理設(shè)計(jì)了一種適用于DMA Q800設(shè)備的杠桿拉伸實(shí)驗(yàn)裝置;其次,詳細(xì)介紹了無(wú)層裂測(cè)試樣品的塑封、切割和在加載塊粘接過(guò)程;最后,通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取致使EMC-Cu界面層裂萌生的最大拉伸力。(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法,測(cè)定表征EMC-Cu界面層裂萌生及擴(kuò)展的內(nèi)聚力模型參數(shù)。首先,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到EMC和Cu基板的彈性模量,為后期有限元仿真建模提供材料參數(shù)。其次,制備了含預(yù)置裂紋的測(cè)試樣品,開展EMC-Cu界面層裂擴(kuò)展測(cè)試,得到了界面層裂擴(kuò)展曲線。接著,結(jié)合層裂擴(kuò)展測(cè)試曲線,基于虛擬裂紋閉合法,通過(guò)仿真計(jì)算得到純拉伸模式下的臨界能量釋放率。隨后,根據(jù)計(jì)算得到的極限能量釋放率,應(yīng)用內(nèi)聚立法對(duì)界面層裂擴(kuò)展測(cè)試進(jìn)行模擬再現(xiàn);仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果能夠很好地?cái)M合,一方面表明臨界能量釋放率計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,另一方面也表明模擬仿真所用的內(nèi)聚力模型能夠表征EMC-Cu界面層裂擴(kuò)展。最后,基于表征界面層裂擴(kuò)展的內(nèi)聚力模型,通過(guò)改變內(nèi)聚力模型中的極限拉伸強(qiáng)度值的大小,對(duì)層裂萌生力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真,對(duì)比仿真結(jié)果與層裂萌生力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最終測(cè)定致使EMC-Cu界面層裂萌生的極限拉伸強(qiáng)度。
【圖文】：

性設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高�？v觀目前各種結(jié)構(gòu)形式的封裝器需要多種材料的組合使用以實(shí)現(xiàn)微電子器件的封裝。目前料、銅引線框架、硅芯片、粘接劑和鍵合金屬線組成，如電子器件內(nèi)往往是通過(guò)焊接或者粘接的形式組合在一起，可避免地存在各種各樣的異質(zhì)界面。在封裝器件向小型化異質(zhì)材料間存在機(jī)械和熱性能上的差異，如楊氏模量、熱匹配，當(dāng)器件受熱時(shí)，在機(jī)械熱應(yīng)力作用下異質(zhì)界面會(huì)產(chǎn)部環(huán)境的水汽等進(jìn)入封裝體內(nèi)一方面會(huì)引起封裝器件內(nèi)部件在后期組裝焊接過(guò)程中產(chǎn)生“爆米花現(xiàn)象”，為此異質(zhì)中薄弱界面。世界各大半導(dǎo)體公司例如 ASE、NXP、Infin裂失效是微電子器件制造和使用過(guò)程中發(fā)生最為普遍的其他失效的主要原因。為此，微電子封裝界面層裂失效問(wèn)及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)，并吸引了眾多產(chǎn)業(yè)相關(guān)的科研技研究中，希望通過(guò)研究界面層裂問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理和其后續(xù)，來(lái)進(jìn)一步提高封裝器件的整體可靠性。

第一章 緒論（6）實(shí)驗(yàn)測(cè)試 EMC 和銅基板力學(xué)性能參數(shù)。準(zhǔn)確的有限元仿真計(jì)算是建立在有效的材料模型基礎(chǔ)上的，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品材料參數(shù)的測(cè)定是有限元仿真分析計(jì)算的前提。（7）開展界面層裂擴(kuò)展的斷裂測(cè)試，并利用虛擬閉合裂紋法計(jì)算臨界層裂能量釋放率，根據(jù)計(jì)算的到的臨界層裂能量釋放率建立界面層裂擴(kuò)展仿真模型，再現(xiàn)界面層裂測(cè)試以檢驗(yàn)臨界能量釋放率結(jié)果的準(zhǔn)確性。（8）通過(guò)仿真計(jì)算獲取 EMC-Cu 界面層裂萌生的極限拉伸應(yīng)力值�；谏弦徊浇⒌慕缑鎸恿褦U(kuò)展仿真模型，變換界面層裂擴(kuò)展仿真的內(nèi)聚力模型中的極限拉伸應(yīng)力，對(duì) EMC-Cu 界面層裂萌生力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真計(jì)算，將仿真計(jì)算得到加載點(diǎn)的最大拉伸力與實(shí)驗(yàn)測(cè)得界面開裂的極限拉伸力進(jìn)行比較，獲取 EMC-Cu 界面層裂萌生的極限拉伸應(yīng)力值。結(jié)合本文的研究思路，，與之對(duì)應(yīng)的技術(shù)路線為：
【學(xué)位授予單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN405

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2667203