电子封装材料力学性能的鼓泡测试装置与方法研究

发布时间：2020-03-29 07:02

【摘要】：电子封装作为器件到系统的桥梁,是芯片生产完成后不可缺少的一道工序,它的品质对于微电子产品的竞争力具有极大的影响。电子封装材料可以承载电子元器件及其相互连接,具有机械支持、密封环境、信号传递、散热和屏蔽等作用,其力学性能影响电子器件的寿命。评估电子封装材料的力学性能及关键界面的强度对于整个器件的可靠性至关重要。电子封装中大部分材料多以薄膜形式存在,比如钝化层和再布线层厚度只有几微米,有的甚至达到纳米级别。薄膜材料的力学性能与具有相同化学成分的块体材料的力学性能有较大差异,传统的力学性能测试技术和设备也不太适用于薄膜材料的测试。针对于封装中常出现力学问题和界面问题,研制一套测量电子封装材料力学性能和界面强度的装置,对于电子封装材料的可靠性研究具有重要的意义。首先搭建了一套可加热的鼓泡测试装置,其包括夹具模块、液压装置模块、挠度测量模块、加热模块和保温模块。为了验证所搭建装置的测量精度,分别用鼓泡测试装置和超高精度动静态微力试验机测量厚度为0.03 mm和0.05 mm黄铜的弹性模量和屈服强度。实验结果表明两种实验方法测定的数值具有一致性,对于0.03 mm的黄铜,两种实验方法测得弹性模量数值相差3.7%,屈服强度相差9.0%。对于0.05 mm的黄铜,弹性模量数值相差4.9%,所测屈服强度数值相差2.1%。无论是弹性模量还是屈服强度,测量结果都非常接近,证明鼓泡测试装置测量薄膜的弹性模量和屈服强度的结果是可靠的,进而验证了装置的精度。温度会影响电子封装材料的力学性能,当温度过高时,封装结构中各相邻材料热膨胀系数发生失配。在较大温度差作用下产生局部热应力,易导致封装结构失效。利用鼓泡测试装置的加热模块,测量了0.05 mm黄铜在25℃、60℃、100℃和140℃条件下的弹性模量、屈服强度和预应力变化情况。通过对比四种不同温度下的实验结果,发现预应力无明显变化,数值较为稳定。黄铜的弹性模量和屈服强度都随着温度的升高而逐渐降低。为了进一步研究典型电子封装材料的力学性能,利用鼓泡测试装置测量了硅片和聚酰亚胺薄膜的弹性模量。重点介绍了聚酰亚胺薄膜试样的制备方法,制备需要经过旋涂聚酰亚胺涂层胶、旋涂光刻胶、曝光、显影、硬烘和刻蚀工艺,最后经过激光切割完成。除此以外,电子封装材料之间的界面结合强度也是一个非常重要的力学参数,实验过程中利用彩泥填充去除法制备试样,通过改进的预定义鼓泡半径的方法测量硅片与干膜TMMRS2000之间的粘附强度。
【图文】：

要介绍这四种常用的实验方法。法 年代压痕法就被作为一种试验方法来测量材料的传统的布氏硬度和维氏硬度实验基础上发展起来方法，它对材料是非破坏性的。相比较于传统硬度的同步测试和记录特定几何形状的压头压入及，提供了更为丰富的材料性能信息。材料中，，绝缘材料降低介电常数 k 对于改善器件数 k 的最有效方法是引入孔隙度。由于孔隙率定多孔电介质的力学性能非常重要。目前，纳米在于具有极高的力分辨率和位移分辨率，能连续的变化。纳米压痕的加载卸载曲线如图 1-3 所示

区域的外半径；区域的内半径； 比值；膜试样的弯曲刚度；膜试样的泊松比；膜试样分层的最大挠度法是一种测量不同材料界面强度的方法。双悬臂梁测量在的张开型裂纹加载条件下的能量释放率。梁的两端相同位置的孔洞处，同时施加大小相同裂纹扩展[14]。根据双悬臂梁结构的柔顺度、裂纹界压力确定界面能量释放率，理论公式见式（1
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O341;TN05

【参考文献】

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本文编号：2605640