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PoP（Package on Package）器件在电—热环境下的可靠性研究

作　者: 成俊
导　师: 李国元；陆裕东
学　校: 华南理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: PoP器件装配工艺热应力电应力焊点可靠性
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着消费电子的爆炸性增长,要求更小、更轻和更高性能的电子封装成为了必然趋势。因为PoP器件可以堆叠多种器件,所以它具有低成本和灵活的优势,成为解决以上挑战的很好选择。在PoP器件的实际使用中,影响其焊点可靠性的主要因素有两个:环境温度和工作电流。本论文正是基于这两个因素进行相关的实验设计,研究热应力和电应力的综合作用之下,PoP器件的可靠性问题。首先讨论了PoP器件的装配工艺,从焊料填涂的选择,元件对准贴装的方法和回流焊接温度曲线的设定三方面,选择适合本研究的PoP器件的装配工艺,并对装配得到的PoP器件进行相应的翘曲检测、空洞检测和焊接质量检测,验证该装配工艺的可行性,为本文的可靠性实验提供质量合格的样品。采用高温存储实验(125℃)设计,在老化过程中通过对焊球空洞的观察和对焊球金属间化合物(IMC)的微观结构分析,研究了热应力对PoP器件可靠性的影响。分析探讨了空洞和焊球IMC对PoP器件性能的影响,揭示了其退化的机理,结果表明空洞会在热应力作用下形成并增大,而IMC则随着老化时间的增加而不断增长。针对热应力和电应力综合作用对PoP器件的可靠性影响,本文从两个方面展开实验研究。通过加载不同的电流值,研究不同电应力强度对PoP可靠性的影响,揭示了大电流情况下,PoP器件的失效机理,并通过观察其导通电阻变化、空洞分布,得到电应力强度对器件性能的影响。分别对顶部封装和底部封装进行热、电综合应力的加载,研究综合应力下PoP器件的顶部封装和底部封装的可靠性问题,通过对实验结果的分析对比,得出底部封装焊点的器件端是PoP器件的关键失效点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 PoP 器件及其封装技术  10-12
    1.1.1 PoP 器件简介  10
    1.1.2 PoP 封装技术  10-12
  1.2 PoP 器件面临的可靠性问题  12-14
  1.3 本论文的研究目的及内容  14-16
第二章 PoP 器件的装配工艺  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 PoP 器件的装配工艺  16-21
    2.2.1 实验设备、材料  16-18
    2.2.2 PoP 器件装配工艺关注点  18-20
    2.2.3 本实验PoP 器件的装配工艺  20-21
  2.3 PoP 器件装配质量检测  21-23
    2.3.1 翘曲检测  21
    2.3.2 空洞检测  21-22
    2.3.3 焊接质量检测  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章热应力对PoP 器件的可靠性影响  24-31
  3.1 引言  24
  3.2 实验设计  24-25
    3.2.1 实验设备、材料  24-25
    3.2.2 实验设计  25
  3.3 实验结果和讨论  25-30
    3.3.1 空洞观察  25-26
    3.3.2 焊球的微观结构分析  26-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章电应力强度对PoP 焊点可靠性的影响  31-39
  4.1 引言  31
  4.2 实验设计  31-32
    4.2.1 实验设备、材料  31
    4.2.2 实验设计  31-32
  4.3 实验结果和讨论  32-38
    4.3.1 大电流对PoP 失效的影响  32-35
    4.3.2 电流对PoP 器件菊花链电阻的影响  35-36
    4.3.3 电流对焊球空洞的影响  36-37
    4.3.4 空洞面积与电阻改变量的关系  37-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章 PoP 器件顶部封装和底部封装可靠性的研究  39-49
  5.1 引言  39
  5.2 实验设计  39-40
    5.2.1 实验设备、材料  39
    5.2.2 实验设计  39-40
  5.3 实验结果和讨论  40-48
    5.3.1 导通电阻的改变  40-44
    5.3.2 顶部封装和底部封装焊球的微观结构分析  44-48
    5.3.3 PoP 器件的关键失效点  48
  5.4 本章小结  48-49
总结与展望  49-51
参考文献  51-55
攻读硕士学位期间取得的研究成果  55-56
致谢  56-57
附件  57

PoP（Package on Package）器件在电—热环境下的可靠性研究

内容摘要

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