系統(tǒng)級封裝器件在熱-機械、濕熱應力影響下可靠性分析.pdf

1、周圍環(huán)境中的熱、濕因素影響是微電子封裝器件的主要失效模式之一。目前業(yè)內針對熱-機械應力、濕熱應力影響下的可靠性分析主要集中在單芯片元件上,針對具有廣闊發(fā)展前景的系統(tǒng)級封裝器件所做的研究并不多見。本文在國家自然科學基金項目“微電子封裝中的界面層裂失效和界面強度可靠性設計方法”的資助下,針對系統(tǒng)級封裝器件在熱、濕因素影響下的一系列可靠性問題進行了探究。主要內容包括:
　　1.為了預測系統(tǒng)級封裝器件無鉛焊點疲勞壽命,采用蠕變剪切試驗獲得

2、Sn96.5Ag3.5無鉛焊料蠕變特性試驗數(shù)據(jù)。利用Garofalo-Arrheninus雙曲線形公式對試驗數(shù)據(jù)進行擬合,得出相關參數(shù),并編制特定有限元用戶子程序。
　　2.選用CSP外形的系統(tǒng)級封裝器件進行溫度循環(huán)條件下的有限元仿真。分析了芯片所受熱應力大小、封裝體的翹曲程度、焊點所受應力/應變情況。計算了系統(tǒng)級封裝器件焊點疲勞壽命并與單芯片器件PBGA焊點疲勞壽命進行比較。
　　3.比較了不同放置環(huán)境下,系統(tǒng)級封裝器件內

3、部不同材料界面間濕氣擴散情況;比較了恒溫解吸潮及無鉛回流焊解吸潮過程后器件內部的潮濕度分布。使用一種新穎的濕熱因素直接耦合的方法計算濕、熱合成應力并與單純考慮熱應力的情形進行對比。
　　4.考察了不同頂部芯片懸置長度及不同芯片厚度比情形對頂部芯片應力集中的影響。分析并比較了不同PCB基板厚度、EMC高度、芯片尺寸下系統(tǒng)級封裝器件的焊點疲勞壽命。
　　研究結果表明:(1)具有微孔的復雜 FR-4基板可以緩解系統(tǒng)級封裝器件在使用

4、中產生的翹曲問題,但微孔的存在使焊點所受的應力/應變增大。其焊點壽命低于組裝于無微孔 FR-4基板的系統(tǒng)級封裝器件焊點。芯片數(shù)目的增多,使系統(tǒng)級封裝器件相比單芯片PBGA器件焊點壽命有所降低。(2)疊層芯片間的芯片粘結劑在濕氣擴散及解吸潮過程中存在較多水分,有可能在無鉛回流焊階段隨著水分蒸發(fā)產生蒸汽壓而導致界面分層開裂現(xiàn)象的發(fā)生。同等載荷條件下的濕熱合成應力是單純熱-機械應力的約1.3~1.5倍。(3)選擇相對較小芯片懸置比及相對較大的