本文關(guān)鍵詞：倒裝芯片微凸點焊工藝研究及焊點應(yīng)變有限元仿真

  更多相關(guān)文章： 倒裝芯片 高鉛凸點 界面反應(yīng) 可靠性 有限元仿真

【摘要】：隨著倒裝芯片封裝密度的進一步提高,相應(yīng)的微凸點尺寸逐漸減小到100 μm左右甚至更小,微尺度條件下焊點的界面反應(yīng)及可靠性問題將變得更加復(fù)雜,亟需進行細致研究。目前針對高鉛微凸點焊的研究較少,無法為實際工藝的選擇提供理論指導(dǎo)。本論文主要針對目前航空航天領(lǐng)域所使用的FC-CCGA1144器件130 μm微凸點回流后的界面微觀組織、晶粒形貌、剪切強度及斷裂形式展開細致分析,以優(yōu)化凸點成分及回流工藝；并針對倒裝芯片微凸點的熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變進行仿真分析。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：1.研究95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn三種成分的凸點在芯片Ni UBM (Under Bump Metallization)及基板側(cè)Ni-B薄膜上單次和多次回流后的界面反應(yīng)及剪切性能發(fā)現(xiàn)：95Pb-5Sn、90Pb-10Sn凸點與Ni UBM的界面反應(yīng)速度相對較為緩慢,而85Pb-15Sn凸點與Ni UBM的界面反應(yīng)速率明顯加快,界面晶粒粗化現(xiàn)象明顯；界面反應(yīng)動力學(xué)表明Ni-B薄膜的界面反應(yīng)速率較Ni UBM明顯降低,其中85Pb-15Sn與Ni-B的界面反應(yīng)速率較NiUBM約降低一倍；回流后凸點內(nèi)Sn含量計算結(jié)果表明90Pb-10Sn凸點Sn含量的下降百分比最低；單次和三次回流后界面剪切斷裂形式均為釬料內(nèi)塑性斷裂,且釬料內(nèi)Sn含量增加時接頭的剪切強度稍有提高但剪切距離下降。通過界面反應(yīng)、晶粒尺寸、UBM消耗、剪切性能進行對比分析,倒裝芯片凸點成分選擇90Pb-10Sn較為合適。2.研究90Pb-10Sn凸點在芯片側(cè)NiUBM及基板側(cè)Ni-B薄膜上不同回流時間后的界面反應(yīng)及剪切性能發(fā)現(xiàn)：回流后兩側(cè)界面均形成Ni3Sn4 IMC(Intermetallic Compound),當回流時間由50 s延長至150 s時Ni3Sn4 IMC的平均晶粒尺寸由0.8μm增大到1.2μm；90Pb-10Sn凸點回流150 s時芯片側(cè)Ni UBM消耗較為嚴重,芯片側(cè)焊盤強度降低,剪切高度較低時部分焊點的失效表現(xiàn)為沿焊盤斷裂；90Pb-10Sn凸點在基板側(cè)回流50 s、70 s時焊點的剪切強度約為320 mN,而回流時間延長為100 s、150 s時焊點的剪切強度約為250 mN,降低約20%。通過界面反應(yīng)、晶粒尺寸、UBM消耗、剪切性能進行對比分析,最終考慮90Pb-10Sn凸點的回流時間選取50～70 s較為合適。3.凸點熱循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變仿真分析表明：采用底部填充后較無底部填充時焊點的應(yīng)變約降低20～30倍,且底充膠熱膨脹系數(shù)與凸點熱膨脹系數(shù)較為接近時,其應(yīng)變水平進一步下降。凸點尺寸由80 μm增大到130 μm時,凸點內(nèi)的應(yīng)變水平有所下降。直徑130 μm的凸點回流后高度越低,在熱循環(huán)過程中焊點所承受的應(yīng)變越大。不同溫度循環(huán)曲線的對比結(jié)果表明凸點內(nèi)部的應(yīng)力水平隨升溫速率的增加而變大。
【關(guān)鍵詞】：倒裝芯片 高鉛凸點 界面反應(yīng) 可靠性 有限元仿真
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN405
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 微電子封裝技術(shù)概述9-12
• 1.1.1 電子封裝簡介9-11
• 1.1.2 倒裝芯片技術(shù)及其優(yōu)點11-12
• 1.2 倒裝芯片技術(shù)中高鉛釬料的界面反應(yīng)研究進展12-17
• 1.2.1 高鉛釬料與Cu UBM的界面反應(yīng)13-15
• 1.2.2 高鉛釬料與Ni UBM的界面反應(yīng)15-17
• 1.3 倒裝芯片微凸點熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變有限元仿真17-19
• 1.3.1 有限元方法簡介17
• 1.3.2 有限元仿真在倒裝芯片中的應(yīng)用17-19
• 1.4 本論文的研究目的和主要研究內(nèi)容19-21
• 1.4.1 研究目的19-20
• 1.4.2 研究內(nèi)容20-21
• 2 實驗及仿真分析方法21-28
• 2.1 實驗方法21-24
• 2.1.1 FC-CCGA1144倒裝芯片介紹21-22
• 2.1.2 樣品制備22-23
• 2.1.3 樣品表征23-24
• 2.2 有限元仿真分析方法24-27
• 2.2.1 釬料本構(gòu)模型24-25
• 2.2.2 仿真分析軟件25-26
• 2.2.3 仿真分析步驟26-27
• 2.3 技術(shù)路線27-28
• 3 倒裝芯片微凸點成分及回流工藝優(yōu)化28-45
• 3.1 倒裝芯片微凸點成分優(yōu)化28-37
• 3.1.1 95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn凸點界面微觀組織28-29
• 3.1.2 95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn凸點界面晶粒形貌29-31
• 3.1.3 95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn凸點Sn含量變化31-33
• 3.1.4 95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn凸點界面剪切斷裂模式33-34
• 3.1.5 95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn凸點界面剪切強度34-36
• 3.1.6 本章小結(jié)36-37
• 3.2 倒裝芯片微凸點回流工藝優(yōu)化37-45
• 3.2.1 90Pb-10Sn不同回流時間的界面微觀組織37-39
• 3.2.2 90Pb-10Sn不同回流時間的界面晶粒形貌39-41
• 3.2.3 90Pb-10Sn不同回流時間的界面剪切強度及斷面形貌41-44
• 3.2.4 本章小結(jié)44-45
• 4 倒裝芯片微凸點熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變有限元仿真45-66
• 4.1 模型及材料參數(shù)45-46
• 4.2 模型前處理46-48
• 4.2.1 網(wǎng)格劃分46-47
• 4.2.2 邊界約束條件47-48
• 4.2.3 熱循環(huán)溫度曲線48
• 4.3 1/4模型計算結(jié)果48-50
• 4.4 子模型計算方法50-53
• 4.5 子模型計算結(jié)果53-66
• 4.5.1 底填充膠的影響53-56
• 4.5.2 凸點大小的影響56-60
• 4.5.3 凸點形態(tài)的影響60-62
• 4.5.4 升溫速率的影響62-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

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本文編號：810407