PBGA封装的工艺过程力学
及其热可靠性分析
学位申请人:王飞
学科专业:机楲制造及其自动化
指导教师:刘胜教授
答辩日期:2014年1月13日
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Study on Process Mechanics and Thermal
Reliability of PBGA Packages
Candidate WANG Fei
Major
Mechanical Manufacturing and
Automation
Super visor: Prof LIU Sheng
Huazhong University of Science Technology
Wuhan Hubei 430074 P.R. China
Jan.2014
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作
及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文
不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研
究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识
到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:7年)月7日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即
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保密口,在
年解密后适用本授权书。
本论文属于
不保密
(请在以上方框内打“V”)
学位论文作者签名:
指导教师签名:
日期年/月1日
日期:20年
华中科技大学硕士学位论文
摘要
随着微
电子封装技术的不断发展,微电子器件除了民用领域之外,在医疗器械、航
空航天和国防军事等重要领域也有普遍而深入的应用,并且在这些应用领域中,微电子
的可靠性就显得更为重要了。另外,现在的电子封装系统变得越来越复杂,尺寸越来越
小,电子封装产品的可靠性是制约其大规模市场化应用的关键因素,塑料球栅阵列封装
(PBGA)是最常用的球栅阵列封装(BGA)形式,但由于自身结构的复杂与实际使用
环境的变化,一直以来都存在着可靠性问题。因此,研究PBGA工艺过程力学及其热可
靠性问题具有重要的市场价值和理论意义
本文利用有限元仿真技术,以PBGA封装产品为对象,研究了其工艺过程力学及其
相关热可靠性问题。
首先,针对常见的PBGA封装产品的工艺过程进行分析,选择了两个关键工艺:贴
片工艺和塑封工艺作为分析对象,确定相关工艺结构模型,并建立对应有限元模型,根
据实际的工艺温度载荷,重点关注工艺结東后,PBGA封装产品的翘曲变形及芯片残余
应力等情况。最后针对工艺过程,研究封装材料、封裝结构对工艺过程可靠性的影响,
为优化工艺、降低后续工艺难度、提高工艺可靠性提供相关依据。
其次,分析了PBGA封装产品在温度循环载荷下的热可靠性,发现在温度循环载荷
下,温度转换阶段(即升温阶段和降温阶段)对焊球疲劳寿命影响最大,高温保持阶段
相比低温保持阶段对焊球疲劳寿命影响较大;利用试验设计(DOE, Design of
Experiment)理论,研究了封裝结构对焊球寿命的影响,其中模塑料厚度与基板厚度对
焊球可靠性影响较大。比较了三种焊球阵列形式的焊球寿命,综合I/O数及寿命,推荐
部分阵列形式作为首选;研究了PBGA封装产品工作环境稳定性对焊球寿命的影响,工
作环境的不稳定性会降低焊球疲劳寿命,影响产品的可靠性。
关键词:PBGA,有限元,工艺过程,可靠性,焊球寿命
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
With the continuous development of microelectronic packaging technology,
microelectronic devices have extensive and in-depth applications in the areas of civil, medical
aerospace and military, where those reliability is particularly important, and now electronic
packaging systems become smaller and more complex, electronic packaging reliability is an
important factor in limiting their mass-market applications. The plastic ball grid array package
(PBGA)is the most commonly used ball grid array package (BGA)form, due to the complex
operating environment, there are many reliability issues to face. Therefore, it is economic to
study the manufacturing process mechanics and reliability of PBGA package
n this thesis, the finite element based simulation technology is used for simulating the
process mechanics and thermal reliability of PBGA package
Firstly, through analysis of traditional processes of PBGA packages, we selected two key
processes: die attach process and molding process for the study, then determined the process
structure model, and created the corresponding finite element model with the actual process
temperature load, simulating the process and comparing the chip warpage and residual stress
situations of PBGA packages. Finally, the effect of package materials, package structure on
process was studied in order to optimize the process window and reduce the difficulty of
subsequent processes.
Secondly, the r
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