基于埋置空气隙的柔性封装跌落可靠性技术研究-机械电子工程专业论文.docx

摘要 摘要 I万方数据 I 万方数据 摘要 近几年来，由于倒装芯片（FC）技术在各类先进封装中的广泛应用，其可靠性 问题受到越来越多的关注。针对倒装芯片技术中存在的凸点和基板之间存在热不匹配 现象，业界普遍采用底部填充工艺解决此类问题。但由于底部填充工艺与当前 SMT 工艺不兼容，存在诸多缺陷。柔性封装技术可缓解封装体各层之间的应力失配问题， 满足可靠性要求，因此成为当前研究的热点。 本论文采用有限元仿真方法对埋置空气隙柔性封装进行板级组件跌落可靠性分 析；运用统计分析知识对柔性封装进行结构参数优化；并对柔性封装进行动态四点弯 曲试验仿真分析，探讨动态四点弯曲试验代替跌落试验的可行性，进而对柔性封装在 动态四点弯曲试验中的可靠性进行研究。 首先，简单介绍了板级组件跌落试验方法和动态四点弯曲试验方法；总结了板级 组件由于跌落引发一系列可靠性问题，并深层次的阐述了其失效模式和失效机理。 其次，基于当前的柔性封装，探讨应用于 WLCSP 技术的埋置空气隙柔性封装的 设计方法，提出了一种埋置空气隙柔性封装的原型结构。基于 JESD22-B111 标准， 采用柔性封装，以 WLCSP DRAM 芯片为研究对象，运用有限元仿真技术，对柔性封装 板级组件的跌落可靠性进行了分析。研究结果表明：在跌落冲击过程中，焊点阵列中 距离封装体中心最远位置（DNP）的焊点是整个封装体中最容易失效的焊点，最大剥 离应力出现在焊点靠近 PCB 一侧的顶部；在跌落冲击过程中所产生的应力主要集中 在柔性封装中的铜互连线上，不同于传统封装结构中应力主要集中于焊点上。 再次，应用正交试验设计探讨了不同互连结构参数组合对铜互连结构应力的影 响，对柔性封装参数进行了优化，确定了各结构参数的最佳水平组合和影响因素的主 次顺序。研究结果表明：铜互连结构中各因素对铜互连线等效应力的影响程度依次为： 铜互连线厚度铜互连线形状铜互连线宽度空气隙高度。通过对试验结果进行回归 分析，并使用 MATLAB 软件对回归方程进行优化可知，最优结构参数组合是：铜互 连线形状为直线型，铜互连厚度为 0.01mm，铜互连线宽度为 0.0198mm，空气隙高度 为 0.01mm。 最后，运用有限元仿真软件对柔性封装动态四点弯曲试验进行了仿真分析，探讨 了动态四点弯曲试验代替跌落试验的可行性，进而对柔性封装在动态四点弯曲试验中 的可靠性进行了研究。结果表明：通过分析动态四点弯曲试验中 PCB 板的动态响应 情况和焊点应力分布，并与板级跌落试验仿真结果进行了比较，得出焊球在跌落试验 和动态四点弯曲试验中失效模式完全一致，失效机理完全相同，动态四点弯曲试验可 替代跌落试验对板级组件的可靠性进行研究。类似于跌落冲击过程，动态四点弯曲过 程中，焊点最大剥离应力出现在焊点靠近 PCB 一侧的顶部；铜互连线通过其自身的 II万方数据 II 万方数据 伸展和收缩，吸收封装体在试验过程中产生的应力，出现应力集中，并且最大等效应 力出现在铜互连线的颈部。 关键字：柔性封装；有限元仿真分析；跌落可靠性；优化设计；动态四点弯曲试 验. Abst Abstract PAGE VI PAGE VI 万方数据 Abstract In recent years, Flip-Chip is used to applying in the advanced package technology, and the reliability performance is a critical concern to semiconductor and electronic product manufacturers. However, a mismatch of the coefficient of thermal expansion (CTE) between the die and the PCB could cause stress in the package, these will cause the solder joint to crack and fracture. To overcome this problem, it can be achieved by means of constraining the solder joint with the application of underfill between chip and substrate. However, underfilling is an addition process during the assembly which will increase the assembly time, repair time and co