【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題,所以在塑封類封裝器件的生產(chǎn)、測試和服役過程中,封裝器件內(nèi)部異質(zhì)界面處易產(chǎn)生界面層裂失效。本文針對微電子封裝器件常見的層裂失效問題,以環(huán)氧塑封材料(EMC)與銅基板組成的異質(zhì)界面為研究對象,基于內(nèi)聚力法,通過模擬仿真與實驗測試相結(jié)合的方法,對界面層裂萌生過程中的力學(xué)行為開展研究,旨在探尋一種實驗測試界面層裂極限拉伸強(qiáng)度的測試方法,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)。研究內(nèi)容包含以下幾個方面:(1)提出了一種不含預(yù)裂紋的雙懸臂梁測試結(jié)構(gòu)及測試界面層裂極限拉伸強(qiáng)度的方法�；谠摐y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)仿真計算結(jié)合內(nèi)聚力模型理論,分析界面層裂萌生過程中層裂萌生點的應(yīng)力變化與實驗可測力-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。由此論證了采用實驗與仿真相結(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)裂紋的測試樣品,開展EMC-Cu界面層裂萌生力學(xué)性能測試實驗。首先,基于杠桿原理設(shè)計了一種適用于DMA Q800設(shè)備的杠桿拉伸實驗裝置;其次,詳細(xì)介紹了無層裂測試樣品的塑封、切割和在加載塊粘接過程;最后,通過拉伸實驗測試獲取致使EMC-Cu界面層裂萌生的最大拉伸力。(3)通過實驗與仿真相結(jié)合的方法,測定表征EMC-Cu界面層裂萌生及擴(kuò)展的內(nèi)聚力模型參數(shù)。首先,通過實驗測試得到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)置裂紋的測試樣品,開展EMC-Cu界面層裂擴(kuò)展測試,得到了界面層裂擴(kuò)展曲線。接著,結(jié)合層裂擴(kuò)展測試曲線,基于虛擬裂紋閉合法,通過仿真計算得到純拉伸模式下的臨界能量釋放率。隨后,根據(jù)計算得到的極限能量釋放率,應(yīng)用內(nèi)聚立法對界面層裂擴(kuò)展測試進(jìn)行模擬再現(xiàn);仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果能夠很好地擬合,一方面表明臨界能量釋放率計算結(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,通過改變內(nèi)聚力模型中的極限拉伸強(qiáng)度值的大小,對層裂萌生力學(xué)性能測試實驗進(jìn)行模擬仿真,對比仿真結(jié)果與層裂萌生力學(xué)性能測試實驗結(jié)果,最終測定致使EMC-Cu界面層裂萌生的極限拉伸強(qiáng)度。
【圖文】：

性設(shè)計要求也越來越高�？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，在機(jī)械熱應(yīng)力作用下異質(zhì)界面會產(chǎn)部環(huán)境的水汽等進(jìn)入封裝體內(nèi)一方面會引起封裝器件內(nèi)部件在后期組裝焊接過程中產(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及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的焦點，并吸引了眾多產(chǎn)業(yè)相關(guān)的科研技研究中，希望通過研究界面層裂問題產(chǎn)生的機(jī)理和其后續(xù)，來進(jìn)一步提高封裝器件的整體可靠性。

第一章 緒論（6）實驗測試 EMC 和銅基板力學(xué)性能參數(shù)。準(zhǔn)確的有限元仿真計算是建立在有效的材料模型基礎(chǔ)上的，所以對實驗樣品材料參數(shù)的測定是有限元仿真分析計算的前提。（7）開展界面層裂擴(kuò)展的斷裂測試，并利用虛擬閉合裂紋法計算臨界層裂能量釋放率，根據(jù)計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)界面層裂測試以檢驗臨界能量釋放率結(jié)果的準(zhǔn)確性。（8）通過仿真計算獲取 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 EMC-Cu 界面層裂萌生力學(xué)性能測試實驗進(jìn)行仿真計算，將仿真計算得到加載點的最大拉伸力與實驗測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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN405

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2667203