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芯片封装失效分析毕业论文 目录 第一章 引言 1 1.1 微电子封装的作用和意义 1 1.2 封装失效分析的意义和现状 2 1.2.1 封装失效分析的意义 3 1.2.2 封装失效分析国内外发展现状 4 第二章 微电子封装失效分析 6 2.1 封装失效的概述 6 2.1.1 失效的定量判据 6 2.1.2 失效的分类 7 2.1.3 封装失效分析的流程 12 2.2 破坏性物理分析和显微分析方法 13 2.2.1 破坏性物理分析 13 2.2.2 常用的显微分析技术 14 第三章 封装互连 21 3.1 封装互连技术 21 3.1.1 互连的作用和分类 21 3.1.2 引线键合工艺 22 3.2 Au线和Al线互连 24 3.2.1 Au线互连 24 3.2.2 Al线互连 25 3.3 Cu线互连 26 3.3.1 Cu线互连的发展 26 3.3.2 Cu线互连 26 3.3.3 Cu互连的未来 30 第四章 塑料封装材料 31 4.1 塑封材料的概述 31 4.1.1 塑封环氧树脂发展现状 31 4.1.2 塑封环氧树脂的组成 32 4.2 塑封料相关问题研究 33 4.3 塑封材料的未来发展 39 参考文献 44 第一章 引言 1.1 微电子封装的作用和意义 微电子封装顾名思义就是用一种材料将微电子器件或集成电路芯片包封起来，以达到与外界隔离和保护的目的。微电子封装作为微电子产业的最后一个环节，对微电子产业的发展起着重大的作用。由于传统的硅芯片存在易脆，对外界环境敏感和与PCB板的热失配严重等缺陷，导致了芯片不能直接使用，必须要经过封装加以保护后才能使用。自1947年，巴丁，肖克莱等人发明了第一只晶体管，并同时开创了微电子封装的的历史。在微电子封装产业发展几十年过程中，封装的作用主要有以下几点： ① 电源分配：首先是接通电源，使芯片通电工作。由于微电子封装的不同部位所需的电源不同，将电源分配恰当，以减少电源的不必要的损耗，这使多层布线基板尤为重要。 ② 信号分配：为了使信号延迟尽可能减小，在布线同时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短。对于高频信号，还应考虑到信号间串扰的问题。 ③ 散热通道：各种微电子封装都要考虑到芯片工作时如何将聚集的热量散发出的问题。不同的封装结构和材料结构有不同的散热效果，以保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。 ④ 机械支撑：微电子封装可以为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件的变化。 ⑤ 环境保护：微电子工艺中使用的很多材料，如硅，铝等，都对外界环境中的湿气，离子等比较敏感。特别在军用和航天环境中，芯片的使用环境更为恶劣。将进行密封或包封，能改善芯片的工作的环境，减少失效的出现。 微电子封装在这几十年的发展过程中，其作用没有改变多少，但是封装的形式却不断的发生改变。在微电子发展初期，主要使用的THT技术进行表面安装，芯片采用的封装形式主要以DIP(Double In-line Integration),SIP(Single In-line Integration)，PGA(Pin Gray Array)等针插式为主。现在，主要使用的SMT技术进行表面安装，主要采用QFP(Quad Flat Package),SOP(Small Outline Package), BGA(Ball Gray Array)等封装形式。如图1-1所示，是未来封装发展的趋势图。由图可以看出，随着微电子产业的发展，工艺线宽的减小，使芯片尺寸也不断变小；集成度的提高，使单位面积芯片的发热量增加；I/O口增加，要求使用微间距封装；CSP，MEMS，3D等新型封装形式的出现，要求封装的越来越轻型化，薄型化，小型化；芯片工作频率的提高，要求互连具有更高的电性能和可靠性。这些都对封装提出了严格的要求。Au线要适应微间距焊接，但是其延展性的不足，导致其很难拉到细丝状；包封材料的吸湿性和翘曲等不足，制约了CSP，WLP等封装的发展。所以，相关的封装材料性能的不足，封装的相关失效都严重的制约了这些新型封装形式的发展，也使封装成为整个微电子产业发展的一个瓶颈。对这些封装材料的研究，封装的相关失效进行分析，可以从根本上解决封装发展的难题。[1-6] 图1-1 微电子封装的未来发展 1.2 封装失效分析的意义和现状 目前，电子尤其是微电子产业逐渐演变为设计，制造和封装三个相对独立的方面，电子信息产业的竞争从某种意义上来讲主要体现在微电子封装上，特别是大规模集成电路(LSI)封装，已成为微电子产业的瓶颈。电子信息时代，无论是军事，航天所用的微电子器件，还是民用的微电子器件，性能都日益先进，结构都日益复杂，使用环境也更多变和严格。这些都对器件的可靠性提出了很高