面陣列封裝互連結(jié)構(gòu)熱循環(huán)翹曲變形抗力研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)微電子封裝技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的要求。BGA、CCGA和CuCGA互連形式作為目前先進(jìn)的、符合高密度高可靠性要求的面陣列封裝結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，所以完善BGA、CCGA和CuCGA互連結(jié)構(gòu)可靠性的研究具有十分重要的意義。本課題組在開(kāi)展對(duì)以上三種面陣列互連結(jié)構(gòu)形式在剪切載荷和壓曲載荷下承載能力對(duì)比研究的同時(shí)，本文則利用有限元分析軟件對(duì)焊球陣列、釬料柱陣列和銅柱陣列互連結(jié)構(gòu)形式在熱循環(huán)載荷下的翹曲變形抗力進(jìn)行對(duì)比，并研

2、究銅柱陣列互連結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)對(duì)翹曲變形抗力的影響規(guī)律。旨在研究焊球和焊柱陣列互連形式的轉(zhuǎn)變對(duì)焊點(diǎn)應(yīng)力和基板翹曲變形程度的影響規(guī)律，為面陣列互連結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇提供依據(jù)。
　　由于焊球（柱）陣列連接形式可以被應(yīng)用于一級(jí)、二級(jí)封裝及晶圓級(jí)封裝等形式中，會(huì)形成兩端基板的多種搭配形式，本文針對(duì)熱循環(huán)翹曲變形抗力的對(duì)比研究?jī)H以焊球（柱）兩端分別為陶瓷基板和FR-4樹(shù)脂基板為例進(jìn)行。限于設(shè)備運(yùn)算能力，將互連結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為2×2陣列進(jìn)行研究。

3、熱循環(huán)溫度范圍為-40～125℃、升降溫速率為5℃/min、高低溫保溫時(shí)間為10 min。研究結(jié)果表明:
　　焊球陣列、釬料柱陣列和銅柱陣列互連結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)載荷下會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在釬焊圓角處，此處最易萌生裂紋;距結(jié)構(gòu)中心最遠(yuǎn)處的焊點(diǎn)等效應(yīng)力最大;在該種基板匹配情況下，樹(shù)脂基板發(fā)生了翹曲變形，并且該翹曲變形隨時(shí)間和溫度呈現(xiàn)周期性變化，變形最大位置出現(xiàn)在樹(shù)脂基板的四角處。三種陣列互連形式中，焊球陣列互連結(jié)構(gòu)

4、在熱循環(huán)過(guò)程中的焊點(diǎn)應(yīng)力和基板翹曲變形最大，釬料柱陣列次之，銅柱陣列最小。
　　針對(duì)形狀參數(shù)（焊柱長(zhǎng)徑比、基板厚度、焊盤中心距）和端頭優(yōu)化對(duì)銅柱陣列互連結(jié)構(gòu)熱循環(huán)翹曲變形抗力的影響分析，研究結(jié)果表明:
　　焊點(diǎn)應(yīng)力和基板翹曲變形隨著長(zhǎng)徑比(4～16)的增加呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)，基板翹曲變形在長(zhǎng)徑比為7時(shí)取到最大值，為42.93μm。同時(shí)，樹(shù)脂基板的翹曲最大位移隨基板厚度(0.3～1.5 mm)的增加而降低，當(dāng)基板厚度從0

5、.3mm增加到1.0 mm時(shí)，翹曲變形最大位移降低了83.74％(長(zhǎng)徑比為10)和81.92％(長(zhǎng)徑比為7)。此外，基板的翹曲變形隨著焊盤中心距(2、3、4、5mm)的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)，在焊盤中心距為4 mm時(shí)翹曲變形取到最大值。
　　Cu柱兩端由電火花燒球后壓成“球臺(tái)”形，形成改良后的銅柱柵陣列互連結(jié)構(gòu)，由于應(yīng)力集中位置由性能薄弱的釬料轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性能優(yōu)異的Cu，釬焊圓角處應(yīng)力大為降低，互連結(jié)構(gòu)熱循環(huán)翹曲變形抗力進(jìn)一步增