本文關(guān)鍵詞：CuCGA互連焊點(diǎn)電流承載能力的研究

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【摘要】：提高面陣列封裝器件的可靠性,無論是對(duì)于目前高密度的器件封裝,還是對(duì)于未來力學(xué)、電學(xué)和熱力學(xué)負(fù)荷逐漸增大的高頻率、高功率、高I/O的大芯片封裝,以及高可靠性要求的航空航天、汽車、軍用電子產(chǎn)品和長服役壽命要求的電信裝備而言,都是十分重要的。面陣列封裝主要分為球柵陣列BGA(Ball Grid Array)和柱柵陣列CGA(Column Grid Array)。同時(shí)隨著無鉛化的發(fā)展,CuCGA(Cooper Column Grid Array)逐步取代CCGA(Ceramic Column Grid Array)。CuCGA對(duì)于BGA封裝來說可以更大程度的提高封裝密度、更好的力學(xué)可靠性、更好的散熱。但是隨之而來的問題是由于尺寸快速減小,電流密度的集中程度越來越高而導(dǎo)致的電遷移和熱遷移產(chǎn)生了。所以研究CuCGA互連中的電流承載能力不可或缺。為提高CuCGA微互連焊點(diǎn)接頭的力學(xué)可靠性,對(duì)其做了優(yōu)化的柔性設(shè)計(jì)。為了完善其可靠性研究內(nèi)容,本文從提高電遷移抗性和熱遷移抗性的角度對(duì)優(yōu)化后的CuCGA互連焊點(diǎn)進(jìn)行了研究,主要通過研究不同銅柱尺寸、不同釬焊圓角角度和不同布線尺寸的焊點(diǎn)中的電流密度和溫度分布,確定尺寸因素對(duì)焊點(diǎn)中電流密度和溫度分布的影響,進(jìn)而提高CuCGA焊點(diǎn)的電流承載能力。通過有限元軟件MSC.MARC模擬了BGA焊點(diǎn)、傳統(tǒng)CuCGA焊點(diǎn)和進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)在通電情況下的溫度分布和電流密度分布,BGA焊點(diǎn)中電流密度與溫度的分布趨勢一致,電流密度的峰值點(diǎn)與溫度峰值點(diǎn)出現(xiàn)在同一個(gè)位置;而CuCGA焊點(diǎn)中的電流密度與溫度分布則不一致,電流密度峰值點(diǎn)出現(xiàn)在釬焊圓角與布線的連接處,溫度峰值則出現(xiàn)在銅柱中。隨著銅柱的D2/l減小,傳統(tǒng)和優(yōu)化CuCGA釬焊圓角電流密度峰值有所上升,而溫度峰值未呈現(xiàn)明顯規(guī)律性變化;隨著釬焊圓角α減小,傳統(tǒng)和優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)中釬焊圓角中的溫度峰值基本上保持不變,而釬焊圓角處的電流密度峰值則隨釬焊圓角角度α的減小而減小;隨著布線寬度B減小,釬焊圓角中溫度與電流密度峰值均升高;相同焊點(diǎn)尺寸參數(shù)下,優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)中的電流密度和溫度峰值較傳統(tǒng)的CuCGA中均有所下降。另外本文還通過BGA焊點(diǎn)與CuCGA焊點(diǎn)的電遷移試驗(yàn)判定了相同焊盤尺寸下二者抗電遷移與熱遷移的能力。在相同的服役條件下,CuCGA焊點(diǎn)的界面IMC厚度變化與BGA焊點(diǎn)的界面IMC均呈現(xiàn)極性效應(yīng),而且大致滿足拋物線規(guī)律;CuCGA的陽極界面IMC生成速度要大于BGA陽極的界面IMC生成速度,CuCGA的陰極界面IMC溶解速度也大于BGA陰極的界面IMC溶解速度,200 h后CuCGA焊點(diǎn)中陰極與陽極的IMC層厚度差值為5.3μm,BGA焊點(diǎn)中IMC差值為2.61μm。故可以判定CuCGA焊點(diǎn)的抵抗電遷移和熱遷移能力弱于BGA焊點(diǎn),同時(shí)也驗(yàn)證了模擬的結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：CuCGA 可靠性 電流承載能力 極性效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN405
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 BGA封裝與CuCGA封裝的力學(xué)可靠性12-14
• 1.2.2 電遷移現(xiàn)象14-17
• 1.3 課題來源及選題意義17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 BGA和CuCGA模型的建立19-26
• 2.1 數(shù)值建模理論基礎(chǔ)19-20
• 2.1.1 焊點(diǎn)通電時(shí)的焦耳熱效應(yīng)及熱傳導(dǎo)19-20
• 2.1.2 空氣與焊點(diǎn)表面的熱對(duì)流20
• 2.2 有限元模型的建立20-25
• 2.2.1 模型尺寸確定與網(wǎng)格劃分20-23
• 2.2.2 材料特性23-24
• 2.2.3 邊界條件加載24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 焊點(diǎn)尺寸對(duì)電流密度和溫度的影響26-48
• 3.1 BGA與傳統(tǒng)CuCGA互連的溫度和電流密度分布26-28
• 3.1.1 BGA互連的結(jié)果分析26-27
• 3.1.2 傳統(tǒng)CuCGA互連的結(jié)果分析27-28
• 3.2 銅焊柱形狀參數(shù)對(duì)CuCGA焊點(diǎn)中溫度和電流密度分布的影響28-38
• 3.3 不同布線寬度對(duì)CuCGA焊點(diǎn)中溫度和電流分布的影響38-42
• 3.4 不同釬焊圓角角度α對(duì)CuCGA焊點(diǎn)中溫度和電流密度分布的影響42-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 BGA和CuCGA的電遷移研究48-57
• 4.1 試樣的制備與電遷移試驗(yàn)48-51
• 4.1.1 試樣尺寸設(shè)計(jì)48
• 4.1.2 試樣的制備48-50
• 4.1.3 電遷移試驗(yàn)50-51
• 4.2 室溫電遷移試驗(yàn)結(jié)果分析51-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-63
• 致謝63

【相似文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葛琪;CuCGA互連焊點(diǎn)電流承載能力的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：606457