【摘要】：為滿(mǎn)足電子產(chǎn)品小型化和高性能的發(fā)展要求,集成電路芯片的集成度和封裝密度不斷提高,進(jìn)而導(dǎo)致微互連結(jié)構(gòu)的電流密度急劇增加。近幾年來(lái),芯片級(jí)封裝(Chip Scale Package,CSP)以其體積小、散熱性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。CSP技術(shù)可以使LED芯片面積與封裝面積之比接近1:1,符合LED封裝技術(shù)微小型化的發(fā)展需求,也是未來(lái)大功率LED封裝技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。由于大功率LED器件往往工作在高溫和高電流條件下,這使得CSP互連結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生電遷移現(xiàn)象。因此,研究CSP封裝大功率LED器件的電遷移現(xiàn)象,并厘清其相關(guān)的可靠性問(wèn)題,對(duì)于LED器件可靠性設(shè)計(jì)具有重要意義。對(duì)倒裝芯片CSP-LED器件進(jìn)行電遷移老化實(shí)驗(yàn)研究,研究電遷移特性與施加電流和環(huán)境溫度的關(guān)系。電流條件為800 mA,環(huán)境溫度為105℃、85℃和65℃激勵(lì)水平下進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn),得到焊點(diǎn)的特征失效時(shí)間分別為:5.33 h、22.75h和195.2 h。焊點(diǎn)電遷移壽命受環(huán)境溫度的影響,溫度越高,壽命越小。環(huán)境溫度為85℃,電流條件為900 mA、800 mA和700 mA激勵(lì)水平下進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn),得到焊點(diǎn)的特征失效時(shí)間分別為:3.38 h、22.75 h和322.6 h。焊點(diǎn)電遷移壽命受電流密度影響比環(huán)境溫度更敏感,電流越大,壽命越小。對(duì)失效樣品進(jìn)行了X射線(xiàn)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)老化后LED樣品焊點(diǎn)的空洞率增加,通過(guò)觀察焊點(diǎn)空洞形成位置,發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)空洞在靠近芯片側(cè)的焊點(diǎn)內(nèi)側(cè)形成并擴(kuò)展。建立了倒裝芯片CSP-LED器件的三維有限元模型,并進(jìn)行電-熱耦合仿真分析,得到了焊點(diǎn)電流密度和溫度分布結(jié)果,揭示溫度梯度及電流梯度產(chǎn)生的原因,并對(duì)原子通量散度法進(jìn)行APDL程序編寫(xiě),結(jié)合有限元仿真模擬焊點(diǎn)空洞形成位置,預(yù)測(cè)焊點(diǎn)電遷移失效壽命。有限元分析結(jié)果表明,最大原子通量散度出現(xiàn)在靠近芯片側(cè)的焊點(diǎn)內(nèi)側(cè),并通過(guò)應(yīng)用生/死單元技術(shù)模擬顯示在該位置形成空洞,這與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果一致。另外,對(duì)比了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和基于原子通量散度法的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)壽命與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較小,可以為L(zhǎng)ED器件的電遷移失效分析和改善電遷移可靠性提供指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN312.8

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本文編號(hào)：2703688