底充膠固化對(duì)Cu-low-k倒裝焊器件熱-機(jī)械可靠性影響.pdf

1、分類號(hào)密級(jí)UUUUDDDDCCCC編號(hào)桂林電子科技大學(xué)碩碩碩碩士士士士學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)位位位位論論論論文文文文題目：底充膠固化對(duì)Culowk倒裝焊器件熱機(jī)械可靠性影響(英文)TheEffectsofUnderfillCuringonThermoMechanicalReliabilityofCuLowkFlipChipDevice研究生姓名:趙明君指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):楊道國(guó)教授申請(qǐng)學(xué)位門類:工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè):機(jī)械電子工程提交論文日期:2010年

2、4月論文答辯日期:2010年6月年月日摘要I摘要近年來(lái)，電子產(chǎn)品不斷朝著小型化，多功能，高可靠性和低成本的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的封裝技術(shù)已經(jīng)不能滿足高密度的要求。倒裝互連技術(shù)的發(fā)展為高密度封裝帶來(lái)了希望。隨著CMOS器件的不斷減小，Culowk（銅低介電材料）互連結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用到了集成電路制造當(dāng)中。帶有l(wèi)owk材料的銅大馬士革（CuDamene）結(jié)構(gòu)已經(jīng)取代了AlSiO2互連結(jié)構(gòu)。但是lowk材料與二氧化硅材料相比具有模量小、硬度低和粘附性差

3、的特點(diǎn)，在封裝工藝下容易產(chǎn)生界面開(kāi)裂等可靠性問(wèn)題。底充膠固化工藝是封裝中的一種主要工藝，固化過(guò)程將會(huì)引起殘余應(yīng)力和應(yīng)變。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在熱機(jī)械分析中底充膠固化所引起的應(yīng)力通常被忽略。然而這種簡(jiǎn)化還沒(méi)有得到驗(yàn)證，對(duì)于CuLowk這種對(duì)應(yīng)力非常敏感的互連結(jié)構(gòu)更是如此，需要認(rèn)真加以研究。本文以Culowk倒裝焊器件為研究對(duì)象，研究了底充膠固化工藝對(duì)封裝器件可靠性的影響及器件中芯片的開(kāi)裂問(wèn)題。主要內(nèi)容包括：1利用四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)對(duì)采用不同工藝制備的

4、芯片進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，通過(guò)二參數(shù)和三參數(shù)威布爾統(tǒng)計(jì)模型描述了芯片強(qiáng)度概率分布，模型中的參數(shù)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而得。研究了芯片的制備工藝對(duì)芯片開(kāi)裂的影響。2通過(guò)有限元軟件及與底充膠固化過(guò)程相關(guān)的粘彈性力學(xué)模型研究固化工藝對(duì)Culowk倒裝焊器件熱機(jī)械可靠性的影響，表明了研究底充膠固化工藝對(duì)封裝器件影響的重要性。3采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法建立了該器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交表，利用統(tǒng)計(jì)軟件建立了封裝器件結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)目標(biāo)函數(shù)的回歸方程，通過(guò)單純形法得到了該封裝

5、器件的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。4建立倒裝焊器件中Culowk結(jié)構(gòu)的有限元子模型，研究固化工藝下Culowk結(jié)構(gòu)的熱機(jī)械可靠性問(wèn)題，驗(yàn)證了最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)下的整體模型能使Culowk結(jié)構(gòu)可靠性得到提高。研究結(jié)果表明：（1）芯片背面研磨時(shí)砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)芯片可靠性有著明顯的影響。（2）底充膠固化工藝帶來(lái)的殘余應(yīng)力對(duì)Culowk倒裝焊器件的可靠性產(chǎn)生了很大影響，不應(yīng)該被簡(jiǎn)單的忽略。（3）器件中芯片厚度和焊點(diǎn)高度對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的影響較為明顯，減薄芯片和增加焊點(diǎn)高度有助