基于田口法的高密度倒装微铜柱凸点热失效分析.PDF

第猿愿卷 第员期 焊摇 接摇 学摇 报 灾燥造援猿愿摇 晕燥援员 圆园员苑 年 员 月 栽砸粤晕杂粤悦栽陨韵晕杂韵云栽匀耘悦匀陨晕粤宰耘蕴阅陨晕郧陨晕杂栽陨栽哉栽陨韵晕 允葬灶怎葬则赠摇 圆园员苑 基于田口法的高密度倒装微铜柱凸点热失效分析 员袁圆 员 员 员 圆 任摇 宁 袁摇 田摇 野 袁摇 蔡刚毅 袁摇 尚拴军 袁摇 吴丰顺 渊员援 河南工业大学 机电工程学院袁郑州摇 源缘园园园员曰圆援 华中科技大学 武汉光电国家实验室袁武汉摇 源猿园园苑源冤 摘摇 要院采用有限元模拟法袁分析在热循环载荷条件下高密度倒装芯片封装微铜柱凸点的失效行为袁并以微铜柱凸 点的最大累积塑性应变能密度作为响应袁采用猿 因素猿水平的田口正交试验法分析倒装芯片封装的主要结构参数 和材料属性对其热失效行为的影响援 结果表明袁距离封装中心最远处的微铜柱凸点是封装体中的关键微凸点袁热疲 劳导致的裂纹易在该微铜柱凸点的基板侧焊料外侧形成援 底部填充胶的线膨胀系数对微铜柱凸点热失效的影响最 大袁影响适中的是底部填充胶的弹性模量袁最弱的是芯片厚度援 关键词院田口正交试验曰 微铜柱凸点曰 累积塑性应变能密度曰 热失效 中图分类号院栽郧源缘源摇 摇 文献标识码院粤摇 摇 文章编号院园圆缘猿原猿远园载渊圆园员苑冤园员原园园猿缘原园源 园摇 序摇 摇 言 员摇 模型的建立及参数的选择 随着集成电路渊蚤灶贼藻早则葬贼藻凿糟蚤则糟怎蚤贼袁陨悦冤芯片设计 员援员摇 模型的建立和单元划分 生产技术的提高袁现代电子封装正朝着高密度尧高可 采用具有愿园伊愿圆颗微铜柱凸点的云悦器件作为 靠性的微型化方向发展袁而倒装芯片封装渊枣造蚤责糟澡蚤责袁 有限元计算的实体模型援 双马来酰亚胺三嗪渊遭蚤泽皂葬鄄 云悦冤是现代电子封装中最具有吸引力的技术之 造藻蚤皂蚤凿藻贼则蚤葬扎藻灶藻袁月栽冤基板尺寸为 员源皂皂伊员源皂皂伊 一咱员暂援 微铜柱凸点互连技术是高密度倒装互连技术 园援圆源皂皂袁硅芯片尺寸为 员园援愿远皂皂伊员园援源源皂皂伊 的重要发展方向袁但由于云悦 的各组件之间线膨胀系 园郾圆皂皂袁凸点间距为员猿园滋皂援 微铜柱凸点由铜柱和 数相关较大袁云悦微铜柱凸点在实际服役过程中经受 焊料组成袁将焊料理想化为柱状袁忽略器件本身内部 温度循环时易发生疲劳失效袁且微铜柱凸点的热疲 结构对计算结果的影响袁图员为微铜柱凸点横截面 咱圆暂 劳损坏已经成为云悦器件典型的失效方式 援 显微组织援 目前国内外学者对焊点在热起伏环境下的可靠 性已经进行了大量的分析袁重点关注了塑料球栅阵 咱猿袁源暂 列封装焊点或陶瓷球栅阵列封装焊点的可靠性 袁 而对微铜柱凸点在热环境条件下的可靠性分析较 少袁相关的可靠性理论基础及数据尚非常缺乏援 文中建立云悦器件的有限元模型袁对热循环载荷 条件下微铜柱凸点的失效行为进行模拟袁并利用田 口正交试验法对封装的结构参数和材料属性进行优 化援 将以最大累积塑性应变能密度作为响应袁选取 芯片厚度尧底部填充胶的线膨胀系数和弹性模量作 为控制因素袁利用有限元软件计算不同参数下封装 图员摇 微铜柱凸点横截面显微组织图 体稳定热循环时的累积塑性应变能密度袁分析各参 云蚤早郾员摇 酝蚤糟则燥泽贼则怎糟贼怎则藻枣蚤早怎则藻枣燥则糟燥责责藻则责蚤造造葬则遭怎皂责泽 数对云悦微铜柱凸点热失效的影响规律援 由于云悦器件中微铜柱凸点数目多且排列具有 明显的对称性袁为了节省计算时间便于分析袁在保证 收稿日期院圆园员缘原园缘原圆苑 基金项目院国家自然科学基金资助项目渊哉员缘园源缘园苑冤曰河南省科技攻 有限元模拟准确性的前提下袁简化构建云悦器件的三