CSP封装白光LED的电迁移可靠性研究

发布时间：2020-06-08 21:43

【摘要】：为满足电子产品小型化和高性能的发展要求,集成电路芯片的集成度和封装密度不断提高,进而导致微互连结构的电流密度急剧增加。近几年来,芯片级封装(Chip Scale Package,CSP)以其体积小、散热性好、可靠性高等优点脱颖而出。CSP技术可以使LED芯片面积与封装面积之比接近1:1,符合LED封装技术微小型化的发展需求,也是未来大功率LED封装技术发展的主流趋势之一。由于大功率LED器件往往工作在高温和高电流条件下,这使得CSP互连结构更容易发生电迁移现象。因此,研究CSP封装大功率LED器件的电迁移现象,并厘清其相关的可靠性问题,对于LED器件可靠性设计具有重要意义。对倒装芯片CSP-LED器件进行电迁移老化实验研究,研究电迁移特性与施加电流和环境温度的关系。电流条件为800 mA,环境温度为105℃、85℃和65℃激励水平下进行老化实验,得到焊点的特征失效时间分别为:5.33 h、22.75h和195.2 h。焊点电迁移寿命受环境温度的影响,温度越高,寿命越小。环境温度为85℃,电流条件为900 mA、800 mA和700 mA激励水平下进行老化实验,得到焊点的特征失效时间分别为:3.38 h、22.75 h和322.6 h。焊点电迁移寿命受电流密度影响比环境温度更敏感,电流越大,寿命越小。对失效样品进行了X射线检测,发现老化后LED样品焊点的空洞率增加,通过观察焊点空洞形成位置,发现焊点空洞在靠近芯片侧的焊点内侧形成并扩展。建立了倒装芯片CSP-LED器件的三维有限元模型,并进行电-热耦合仿真分析,得到了焊点电流密度和温度分布结果,揭示温度梯度及电流梯度产生的原因,并对原子通量散度法进行APDL程序编写,结合有限元仿真模拟焊点空洞形成位置,预测焊点电迁移失效寿命。有限元分析结果表明,最大原子通量散度出现在靠近芯片侧的焊点内侧,并通过应用生/死单元技术模拟显示在该位置形成空洞,这与实验观察结果一致。另外,对比了实验结果和基于原子通量散度法的寿命预测结果,发现预测寿命与实验结果相差较小,可以为LED器件的电迁移失效分析和改善电迁移可靠性提供指导。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN312.8

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本文编号：2703688