高可靠性電子封裝中防潮薄膜技術(shù)的研究.pdf

1、摘要_一一一一摘要在高可靠性電子封裝中，為了抵御高溫高濕的極端氣候，防潮薄膜技術(shù)有著極其重要的作用。本文著重從實驗和模擬兩方面研究了有機無機雙層膜防潮技術(shù)相關(guān)的材料篩選、工藝優(yōu)化、防潮性能等，首次提出了硅酮加氮化硅雙層膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，并將該技術(shù)應用于先進的倒裝焊(FCOB)封裝的水汽敏感性研究。此外，首次深入研究了近室溫沉積的PECVD氮化硅薄膜的性質(zhì)和防潮性能，并有效地應用于有機發(fā)光器件(OLED)的封裝。通過對有機和無機防潮鍍層材

2、料的研究和篩選，確定了硅酮加氮化硅雙層膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案通過對硅酮涂敷工藝的優(yōu)化，得到了表面光滑平整無氣泡的硅酮涂層通過對氮化硅沉積參數(shù)的優(yōu)化，得到了防潮性能優(yōu)良、臺階覆蓋一致、大面積沉積均勻和在水汽及熱沖擊下穩(wěn)定性良好的氮化硅薄膜通過對在硅酮表面沉積氮化硅工藝的優(yōu)化得到了外觀平整性能優(yōu)良的硅酮氮化硅雙層防潮膜結(jié)構(gòu)。通過對在FR4基板上用引線鍵合和頂充膠封裝的濕度傳感器的進一步測試，研究了在不同溫度濕度條件下研究無防護、氮化硅薄膜防護、硅

3、酮涂層防護、硅酮涂層加氮化硅薄膜防護四種情況下的水汽擴散過程采用體擴散模型和ANsys有限元軟件對實驗測出的水汽擴散曲線進行了擬合，從而計算出水汽的擴散系數(shù)、擴散激活能和水汽濃度在封裝體內(nèi)的分布及隨時間的變化。氮化硅薄膜和硅酮涂層防護的效果相近，雖有所改善但不理想這是由硅酮的聚合物結(jié)構(gòu)和氮化硅薄膜的臺階覆蓋性能所決定的。硅酮加氮化硅薄膜雙層防護的樣品表現(xiàn)出了優(yōu)異的防水性能，這是由于一方面硅酮本身可以阻擋水汽，另一方面硅酮又使得頂充膠的臺

4、階平滑化，可沉積出厚度均勻而致密的氮化硅防水膜。將有機無機雙層膜防潮技術(shù)的研究結(jié)果應用于倒裝焊樣品的水汽防護，比較了無防護、氮化硅薄膜防護、硅酮涂層防護和硅酮涂層加氮化硅雙層膜防護四種情況下水汽對倒裝焊可靠性的影響。實驗結(jié)果表明:雖然水汽的侵入會逐漸降低芯片與環(huán)氧基材料界面的粘合強度，但水汽的單獨作用對倒裝焊可靠性影響不大。當?shù)壮淠z材料吸收少量水汽時，不會導致膠芯片界面的分層。溫度高達240℃時，溫度的單獨作用對倒裝焊可靠性影響也不大，

5、硅酮涂層加氮化硅雙層膜防護的倒裝焊芯片可以通過JEDEC水汽敏感一級標準。英文摘要AbstractHuangWeidong(Major:MaterialPhysicsandChemistry)Directed妙Prof.LuoLeMoistureresistantcoatingtechnologyisofgreatimportanceforhighreliabilityelectronicmodulesappliedinextremel

6、yhightemperatureandhighhumidityenvironment.Inthisthesisanorganicinorganicduallayermoistureresistantcoatingtechnologyincludingthematerialselectionprocessoptimizationandmoistureresistantabilitywasstudiedbybothexperimentand

7、simulation.Thentheduallayercoatingtechnologywasappliedintheresearchonthemoisturesensitivitylevelofadvancedflipchiponboard(FCOB)packaging.Thepropertiesandmoistureresistantabilitiesofplasmaenhancedchemicalvapordeposition(P

8、ECVD)SiNxfilmsdepositedatnearroomtemperaturewerealsostudiedfortheapplicationinorganiclightemitingdevices(OLE功packagingwhichneedabarrierlayeragainstmoistureandoxygendepositedatlessthan55C.AsiliconeSiNxduallayerstructurewa

9、susedbyselectiononvariousorganicconformalcoatingsandinorganicfilms.Alayerofsiliconecoatingwithsmoothsurfaceandwithoutbubbleswasobtainedbyoptimizationofcoatingprocess.PECVDSiNxfilmswithgoodmoistureresistantabilitystepcove

10、rageuniformityonlargeareastabilityunderhighhumidityenvironmentandthermalshockweredepositedbyoptimizationofdepositionparameters.ThenasiliconeSiNxduallayerstructurewithagoodsmoothsurfacewasobtainedbyprocessoptimizationofth

11、eSiNxdepositiononsiliconesurface.HumiditysensorsarewirebondedtoFR4laminateboardsasChipOnBoard(COB)andpackagedwithepoxybasedglobtop.ThemoisturediffusionsinglobtopmaterialofuncoatedSiNXcoatedsiliconecoatedandsiliconeplusSi

12、Nxdualcoatedsampleswereinvestigatedatthreedifferentenvironments70C85%RH85℃85%RHand950C85%RH.Theexperimentalresultsweresimulated妙FiniteElementMethodaccordingtoFicksbulkdiffusionlaw.Themoisturediffusioncoefficientsdiffusio

13、nactivatedenergiesandtimedependantdistributionsofmoistureconcentrationinCOBpackageswerecalculated.ThemoistureresistancesofSiNxcoatingandsiliconecoatingaresimilarandnotgoodenoughwhichisduetopoorstepcoverageofSiNxandpolyme