● 摘要
随着微电子技术的发展，电子封装产品的可靠性问题越来越得到重视。在电子封装中存在两种典型的质量扩散现象，湿扩散和电迁移。对于塑料电子封装产品，空气中的水分会从表面向内部扩散，由于材料吸湿膨胀的不匹配产生应力以及变形，从而引发塑料电子封装件的失效问题。高电流密度作用下的微焊点会发生电迁移现象，在此过程中会引起电致应力/变形，进而产生电致失效。本文采用有限元和实验相结合的方法分别对上述两种质量扩散及其引发的应力进行了研究。
对于湿扩散，本文以一种倒装芯片塑料球栅阵列(Flip Chip Plastic Ball Grid Array-FCPBGA)封装结构为研究对象，首先通过实验方法研究其在室温条件下从完全干燥到吸湿饱和全过程中三维变形场的演化。然后采用有限元方法模拟该封装结构的吸湿扩散过程。最后计算封装结构因吸湿膨胀不匹配引起的应力/变形的变化。实验的结果和有限元结果相互验证，揭示了FCPBGA封装结构室温条件下因吸湿而引发的失效问题。
对于电迁移，为排除其他因素(如温度梯度、电流密度集中、热迁移等)的影响，本文专门设计了微焊点试件。首先通过扫描电镜观察微焊点试件在电迁移作用下微观形貌的变化，发现了高温和室温条件下微焊点电迁移方式的不同。其次，通过红外显微、电阻测量等手段研究表征微焊点电致损伤的方法，通过2D光测系统对微焊点的电致变形进行定量研判。最后，基于Sarychev和Zhinikov的一般模型以及力-扩散耦合方程，采用有限元方法，通过ABAQUS中的UEL子程序对微焊点的电致应力/变形进行数值计算。其结果与实验结果相互验证，通过数值计算的结果解释实验现象。