基于邊緣保護(hù)膠的PoP熱可靠性研究.pdf

1、3D PoP以其集成度高、功耗小、靈活性大等諸多優(yōu)點(diǎn)備受便攜式電子產(chǎn)品的青睞。但是大多數(shù)PoP在服役過(guò)程中熱疲勞壽命短、跌落可靠性差,從而制約其廣泛應(yīng)用。目前大部分研究采用底部填充膠來(lái)提高PoP的熱可靠性,然而底部填充膠的應(yīng)用不但增加了成本,而且使PoP的返修變得困難。本文針對(duì)PoP面臨的熱可靠性及成本等問(wèn)題,擬采用邊緣保護(hù)膠來(lái)改善上述問(wèn)題。課題從邊緣保護(hù)膠的粘彈性力學(xué)性能的測(cè)試,到邊緣保護(hù)圖型和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),直至邊緣保護(hù)方式、邊緣保護(hù)材

2、料的選擇及PoP自身封裝結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化,對(duì)基于邊緣保護(hù)膠的PoP熱可靠性進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。最后得到了一種在熱循環(huán)條件下PoP可靠性較高的邊緣保護(hù)方式、邊緣保護(hù)材料以及PoP底部封裝體結(jié)構(gòu)和材料的最優(yōu)組合。開(kāi)展的研究工作有:
　　首先,設(shè)計(jì)和實(shí)施了邊緣保護(hù)膠和底部填充膠動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)獲得了不同頻率和溫度條件下邊緣保護(hù)膠和底部填充膠的各粘彈性參數(shù),而后根據(jù)時(shí)溫等效原理構(gòu)建邊緣保護(hù)膠和底部填充膠各自的儲(chǔ)能模量主曲線(xiàn),既而根據(jù)

3、儲(chǔ)能模量與剪切模量以及體積模量之間的關(guān)系繪出剪切模量和體積模量主曲線(xiàn),同時(shí)用MATLAB等軟件擬合剪切模量和體積模量主曲線(xiàn)得到ANSYS仿真所需的粘彈性參數(shù)。
　　其次,設(shè)計(jì)了六種邊緣保護(hù)方式,并利用有限元軟件和熱疲勞壽命預(yù)測(cè)方法對(duì)熱循環(huán)條件下基于不同邊緣保護(hù)方式的PoP焊點(diǎn)可靠性進(jìn)行分析,同時(shí)與基于底部填充的PoP進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,采用邊緣保護(hù)膠或者底部填充膠后PoP焊點(diǎn)的熱疲勞壽命有所提高,但是邊緣保護(hù)方式在提高PoP焊

4、點(diǎn)熱可靠性方面略微弱于底部填充方式。而且對(duì)底部封裝體進(jìn)行邊緣保護(hù)的PoP焊點(diǎn)熱疲勞壽命比對(duì)上下封裝體都進(jìn)行邊緣保護(hù)的長(zhǎng),尤其是對(duì)底部封裝體進(jìn)行100％邊緣保護(hù)的PoP后焊點(diǎn)壽命最長(zhǎng)。
　　然后,綜合分析了不同邊緣保護(hù)方式和邊緣保護(hù)材料對(duì)PoP熱可靠性的影響,為PoP選擇合理的邊緣保護(hù)提供方案。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)邊緣保護(hù)方式對(duì)PoP熱可靠性的影響因邊緣保護(hù)膠材料而改變,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了若選用100%邊緣保護(hù)時(shí)應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)小的邊緣保護(hù)膠

5、,若選用對(duì) PoP底部封裝體進(jìn)行10%邊緣保護(hù)時(shí)應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)和模量都較大的邊緣保護(hù)膠。
　　最后,應(yīng)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)探討了不同PoP底部封裝體的參數(shù)組合對(duì)基于邊緣保護(hù)膠的PoP熱可靠性的影響。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知,各因素對(duì)PoP熱疲勞壽命的影響程度為:基板厚度>芯片尺寸>EMC材料,最優(yōu)的PoP底部封裝體參數(shù)組合是芯片尺寸為8*8mm,基板厚度為0.26mm,EMC材料為EMC-2,即熱膨脹系數(shù)高的環(huán)氧模塑封材料。而由