[發(fā)明專利]晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化的評(píng)估方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310293470.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103412977A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧景紅;張浩;盧紅亮;徐敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)進(jìn)一步破壞可能性的評(píng)估方法。

技術(shù)背景

目前，晶圓級(jí)電子封裝技術(shù)由于封裝產(chǎn)品體積小，重量輕，成本低，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短而逐漸受到消費(fèi)類IC封裝廠商的青睞。晶圓級(jí)封裝技術(shù)相比其他的表面貼裝技術(shù)提供了較佳的散熱效果，另外所有的封裝尺寸完全符合JEDEC/EIAJ工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而能直接兼容于現(xiàn)今的表面貼裝技術(shù)與測(cè)試。

雖然，晶圓級(jí)電子封裝技術(shù)前景光明，但也存在著其自身的不足。在封裝中需要用到不同金屬材料構(gòu)成的金屬層，這些金屬層具有不同的熱膨脹系數(shù)和力學(xué)參數(shù)，因此，當(dāng)外界條件變化時(shí)，這些金屬層就會(huì)因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)的不匹配引而起熱應(yīng)力，焊點(diǎn)經(jīng)受這些復(fù)雜的變化應(yīng)力，最終在焊點(diǎn)內(nèi)部靠近金屬層處產(chǎn)生了初始破壞，這些破壞在開(kāi)始階段不會(huì)造成焊點(diǎn)的失效，但隨著外界條件的進(jìn)一步變化，這些破壞就會(huì)惡化，并最終導(dǎo)致焊點(diǎn)的失效，以及整個(gè)器件的失效。

國(guó)內(nèi)外對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化的可能性的研究還處于發(fā)展階段。大部分學(xué)者將注意力集中在對(duì)金屬層內(nèi)部或者金屬層與焊點(diǎn)邊界的初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性研究方面。而他們采用的評(píng)價(jià)依據(jù)主要是應(yīng)力強(qiáng)度因子。而對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化的可能性進(jìn)行研究，難點(diǎn)是要考慮焊點(diǎn)是粘塑性材料，在初始破壞尖端主要是塑性應(yīng)變區(qū)，此時(shí)，如果依然用應(yīng)力強(qiáng)度因子來(lái)作為評(píng)價(jià)初始破壞惡化的可能性的依據(jù)則會(huì)降低評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，需要采用J積分作為評(píng)價(jià)焊點(diǎn)初始破壞惡化的可能性的依據(jù)。其難點(diǎn)是，在有限元計(jì)算的后處理模塊中自行編程，來(lái)獲得J積分的值。

此外，如何對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化的可能性進(jìn)行有效而準(zhǔn)確的評(píng)估，也是企業(yè)十分關(guān)心的問(wèn)題。由于電子產(chǎn)品市場(chǎng)變化日新月異，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，需要企業(yè)以最短的時(shí)間設(shè)計(jì)出新的組裝產(chǎn)品。因此，企業(yè)幾乎沒(méi)有時(shí)間去進(jìn)行電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化可能性的實(shí)驗(yàn)研究。此時(shí)，找到一種高效的低成本的評(píng)價(jià)晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞惡化的可能性的方法，便尤為重要。應(yīng)該指出，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以為晶圓級(jí)電子封裝器件焊點(diǎn)初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性評(píng)估的有限元數(shù)值仿真提供有力的支持。但是，如果不能正確的選擇評(píng)估依據(jù)，必然影響評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種效率高、成本低的對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性進(jìn)行評(píng)估的方法。

本發(fā)明提供的對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性進(jìn)行評(píng)估的方法，采用Anand本構(gòu)模型來(lái)描述焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，在焊點(diǎn)具有初始破壞的基礎(chǔ)上進(jìn)行有限元數(shù)值仿真，在此靜態(tài)仿真分析的基礎(chǔ)上對(duì)初始破壞尖端進(jìn)行分析；采用J積分理論對(duì)包含破壞區(qū)域的路徑進(jìn)行J積分?jǐn)?shù)值計(jì)算；最終，得到評(píng)估晶圓級(jí)電子封裝器件初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性的參數(shù)。本發(fā)明方法從理論以及有限元處理技術(shù)方面加以改善，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓級(jí)電子封裝器件初始破壞進(jìn)一步惡化的可能性進(jìn)行精確評(píng)估。

具體步驟如下：

(1)獲取電子封裝器件各個(gè)組成部分的性能材料參數(shù)，確定焊點(diǎn)(96.5Sn3.5Ag)應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型；

(2)根據(jù)所研究電子封裝器件的結(jié)構(gòu)，建立二維有限元模型；并根據(jù)實(shí)際的服役條件添加邊界條件和相應(yīng)的載荷，進(jìn)行有限元數(shù)值模擬；

(3)焊點(diǎn)的可靠性分析及評(píng)估。

在步驟(1)中，所涉及的電子封裝器件的材料性能參數(shù)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，也可以通過(guò)查閱相關(guān)的書(shū)籍和文獻(xiàn)獲得。對(duì)于焊點(diǎn)部分采用Anand本構(gòu)模型來(lái)描述焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。

該模型利用流動(dòng)方程和演化方程，統(tǒng)一焊點(diǎn)的蠕變和率無(wú)關(guān)塑性行為，其流動(dòng)方程為：

??????????????(1)

式中，?是非彈性應(yīng)變率，A是指數(shù)因數(shù)，Q是活化能，R是氣體常數(shù)，T?是絕對(duì)溫度(K)，m是應(yīng)變率敏感指數(shù)，?是應(yīng)力乘子，σ?是等效應(yīng)力；

演化方程為：

?????????????(2)

以及

????????????????????????????(3)

式中，是硬化/軟化常數(shù)；a?是硬化/軟化的應(yīng)變率敏感指數(shù)；代表一組給定的溫度和應(yīng)變率下變形阻力的飽和值；如(3)式所示：s^和?n?分別是變形阻力飽和值的系數(shù)和應(yīng)變率敏感度；

Anand?本構(gòu)模型，應(yīng)力應(yīng)變阻力關(guān)系描述為：

????????????????(4)

????????????????????(5)