臺灣博碩士論文加值系統

由於近年來電子科技的高度成長，電子產品的趨勢是走向小型化、輕量化、薄型化、高速化、高機能化、高密度化及低成本化，而電子封裝技術亦已朝向高腳數及精緻化發展，因此單一封裝體，其封裝體積愈小而電晶體數目愈高已是封裝技術所欲追求之目標。然而高電晶體數目導致電子元件在運作時會產生較高的熱，這對於電子元件的壽命有極大之影響，溫度對於電子元件而言，是控制其壽命的主要因素，因此若能預測封裝體受熱時的行為，對於改善其製程及提高可靠度應有不少之助益。
本文利用數值分析及實驗兩種不同方式來進行探討應變量，在實驗部分方面，係利用在鑄模灌酯上經由機械加工後，再利用雲紋干涉術來觀測電子封裝體其橫斷面之位移量，進而得知其應變量。而在數值分析方面，將利用商用有限元素法套裝軟體ANSYS，來模擬電子封裝體受溫差熱負載，再與實驗結果做比較，並試著嘗試改變鑄模灌酯之機械性質及幾何形狀，來探討對電子封裝體應變量之影響，進而提供相關從業人員之參考

目錄
一、簡介 1
二、文獻回顧 3
三、雲紋干涉術理論 5
3.1理論…… 5
3.2光路 7
四、實驗裝置與試片 9
4.1主要實驗設備 9
4.2試片規劃 10
4.3應力釋放 10
五、實驗程序 12
六、實驗結果與討論 16
6.1鋁合金平板驗證 16
6.2電子構裝試片之分析 18
6.3切削問題之探討 21
6.4數值模擬分析探討 24
6.5誤差探討 26
七、結論 28
八、未來展望 30
九、參考文獻 31
圖目錄
圖一 虛擬光柵產生示意圖 34
圖二 光從+1及-1繞射級次進入相機示意圖 34
圖三 雲紋干涉術之光路圖 35
圖四 雲紋干涉術之實驗架設圖…… 35
圖五 精密高溫烤箱…… 36
圖六 SBT鑽石切割機…… 37
圖七 高轉速研磨機…… 37
圖八 PBGA試片 38
圖九 無機械加工試片實體圖 38
圖十 一直線型機械加工 39
(a) 一直線型機械加工試片示意圖
(b) 經過機械加工後之一直線型試片實體圖
圖十一 單斜線機械加工 40
(a) 單斜線機械加工試片示意圖
(b) 經過機械加工後之單斜線試片實體圖
圖十二 交叉型機械加工 41
(a) 交叉型機械加工試片示意圖
(b) 經過機械加工後之交叉線型試片實體圖
圖十三 十字五孔機械加工 42
(a) 十字五孔機械加工試片示意圖
(b) 經過機械加工後之十字五孔試片實體圖
圖十四 25孔機械加工 43
(a) 25孔機械加工試片示意圖
(b) 經過機械加工後之25孔試片實體圖
圖十五 經過機械加工後之三直線試片實體圖 44
圖十六 各種切削試片之切割方向示意圖 45
(a) 單斜線型切削之切割方向
(b) 交叉線型切削之切割方向
(c) 一直線型切削之切割方向
(d) 三直線型切削之切割方向
(e) 十字五孔型型切削之切割方向
(f) 25型切削之切割方向
圖十七 鋁合金試片之U場雲紋干涉圖 47
圖十八 鋁合金試片之V場雲紋干涉圖 47
圖十九 條紋計數及灰度值分佈示意圖 48
(a) 條紋計數示意圖
(b) 灰度值分佈示意圖
圖二十 ANSYS模擬鋁合金試片之U場 49
圖二十一 ANSYS模擬鋁合金試片之V場 49
圖二十二 未切削PBGA之U場雲紋干涉圖 50
圖二十三 未切削PBGA之V場雲紋干涉圖 50
圖二十四 未切削PBGA之U場位移與距離對應圖 51
圖二十五 未切削PBGA之V場位移與距離對應圖 51
圖二十六 未切削PBGA之 與距離對應圖 52
圖二十七 未切削PBGA之 與距離對應圖 52
圖二十八 PBGA未含矽晶片之雲紋干涉圖 53
圖二十九 圖二十八中心部分之局部放大圖 53
圖三十 交叉型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 54
圖三十一 交叉型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 54
圖三十二 一直線型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 55
圖三十三 一直線型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 55
圖三十四 十字五孔型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 56
圖三十五 十字五孔型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 56
圖三十六 25孔型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 57
圖三十七 25孔型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 57
圖三十八 三直線型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 58
圖三十九 三直線型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 58
圖四十 單斜線型切削PBGA之U場雲紋干涉圖 59
圖四十一 單斜線型切削PBGA之V場雲紋干涉圖 59
圖四十二 交叉型切削PBGA之U場位移與距離對應圖 60
圖四十三 交叉型切削PBGA之V場位移與距離對應圖 60
圖四十四 交叉型切削PBGA之 與距離對應圖 61
圖四十五 交叉型切削PBGA之 與距離對應圖 61
圖四十六 25孔型切削PBGA之U場位移與距離對應圖 62
圖四十七 25孔型切削PBGA之V場位移與距離對應圖 62
圖四十八 25孔型切削PBGA之 與距離對應圖 63
圖四十九 25孔型切削PBGA之 與距離對應圖 63
圖五十 十字五孔型切削PBGA之U場位移與距離對應圖 64
圖五十一 十字五孔型切削PBGA之V場位移與距離對應圖 64
圖五十二 十字五孔型切削PBGA之 與距離對應圖 65
圖五十三 十字五孔型切削PBGA之 與距離對應圖 65
圖五十四 一直線型切削PBGA之U場位移與距離對應圖 66
圖五十五 一直線型切削PBGA之V場位移與距離對應圖 66
圖五十六 一直線型切削PBGA之 與距離對應圖 67
圖五十七 一直線型切削PBGA之 與距離對應圖 67
圖五十八 三直線型切削PBGA之U場位移與距離對應圖 68
圖五十九 三直線型切削PBGA之V場位移與距離對應圖 68
圖六十 三直線型切削PBGA之 與距離對應圖 69
圖六十一 三直線型切削PBGA之 與距離對應圖 69
圖六十二 ANSYS建模 70
圖六十三 ANSYS未切削PBGA之U場位移量 71
圖六十四 ANSYS未切削PBGA之V場位移量 71
圖六十五 修改後ANSYS未切削PBGA之U場位移量 72
圖六十六 修改後ANSYS未切削PBGA之V場位移量 72
圖六十七 修改後ANSYS 25孔型切削PBGA之U場位移量 73
圖六十八 修改後ANSYS 25孔型切削PBGA之V場位移量 73
圖六十九 修改後ANSYS交叉型切削PBGA之 U場位移量 74
圖七十 修改後ANSYS交叉型切削PBGA之V場位移量 74
圖七十一 修改後ANSYS十字五孔型切削PBGA之U場位移量 75
圖七十二 修改後ANSYS十字五孔型切削PBGA之V場位移量 75
圖七十三 修改後ANSYS一直線型切削PBGA之U場位移量 76
圖七十四 修改後ANSYS一直線型切削PBGA之V場位移量 76
圖七十五 修改後ANSYS三直線型切削PBGA之U場位移量 77
圖七十六 修改後ANSYS三直線型切削PBGA之V場位移量 77
圖七十七 交叉型切削PBGA之等效模型 U場位移量 78
圖七十八 交叉型切削PBGA之等效模型 V場位移量 78
圖七十九 25孔型切削PBGA之等效模型 U場位移量 79
圖八十 25孔型切削PBGA之等效模型 V場位移量 79
圖八十一 十字五孔型切削PBGA之等效模型 U場位移量 80
圖八十二 十字五孔型切削PBGA之等效模型 V場位移量 80
圖八十三 一直線型切削PBGA之等效模型 U場位移量 81
圖八十四 一直線型切削PBGA之等效模型 V場位移量 81
圖八十五 三直線型切削PBGA之等效模型 U場位移量 82
圖八十六 三直線型切削PBGA之等效模型 V場位移量 82
圖八十七 一直線型與三直線型不同切割方向示意圖 83
(a) 一直線型切削
(b) 三直線型切削
圖八十八 一直線型切削PBGA等效模型之另一橫斷面U場位
移量 84
圖八十九 一直線型切削PBGA等效模型之另一橫斷面V場位
移量 84
圖九十 三直線型切削PBGA等效模型之另一橫斷面U場位移量 85
圖九十一 三直線型切削PBGA等效模型之另一橫斷面V場位
移量 85
圖九十二 實驗與ANSYS未切削之U場位移與距離對應圖 86
圖九十三 實驗與ANSYS未切削之V場位移與距離對應圖 86
圖九十四 實驗與ANSYS交叉型切削之U場位移與距離對應圖 87
圖九十五 實驗與ANSYS交叉型切削之V場位移與距離對應圖 87
圖九十六 實驗與ANSYS 25孔切削之U場位移與距離對應圖 .88
圖九十七 實驗與ANSYS 25孔型切削之V場位移與距離對應圖 .88
圖九十八 實驗與ANSYS十字五孔型切削之U場位移與距離對
應圖 .89
圖九十九 實驗與ANSYS十字五孔型切削之V場位移與距離對
應圖 .89
圖一百 實驗與ANSYS一直線型切削之U場位移與距離對應圖 .90
圖一百零一 實驗與ANSYS一直線型切削之V場位移與距離對
應圖 .90
圖一百零二 實驗與ANSYS三直線型切削之U場位移與距離對
應圖 .91
圖一百零三 實驗與ANSYS三直線型切削之V場位移與距離對
應圖 .91
圖一百零四 ANSYS未切削PBGA之 .92
圖一百零四五 圖一百零四區域A之局部放大圖 .92
表目錄
表一 PBGA試片之規格 93
表二 PBGA試片之建模尺寸 93
表三 PBGA試片之材料係數 94
表四 鋁合金試片之規格 94
表五 鋁合金試片之材料係數 94
表六 各種切削之U、V場最大位移量 95
表七 各種切削之U、V場位移減少百分比 95
表八 PBGA修正後之材料係數 96
(a) 第一組
(b) 第二組
(c) 第三組
(d) 第四組
(e) 第五組
表九 各種切削之最大翹曲量 98
表十 各種切削之翹曲減少百分比 98

[1] “ANSYS Revision 5.1”, Swanson Analysis Systems Inc., Houston, PA, U.S.A., 1993.
[2] X. Qing, Y. Qin and F. Dai, “Experimental Investigation of Micromechanical Behavior of Advanced Materials by Moire Interferometry”, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 25, pp.179-189, 1996.
[3] X. Huimin, F. Dai, P. Dietz, A. Schmidt and Z. Wei, “600℃ Creep Analysis of Metals Using the Moire Interferometry Method”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 88, pp. 185-189, 1999.
[4] V. Prakash, V. Valluri and Y. P. Wang, “Moire Interferometry of a PBGA”, Advancing Packaging, pp. 90-94, July/August, 1995.
[5] A. F. Bastawros and A. S. Voloshin, “Direct Thermal Strain Measurements in Electronic Packages”, Proceedings of Sixth IEEE SEMI-Therm Symposium, pp. 25-32, 1990.
[6] H. M. Ho, K. M. Oh, E. H. Wong and T. B. Lim, “Application of Moire Interferometry in Electronic Packagings”, Proceedings of IEEE/CMPT Electronic Packaging Technology Conference, pp. 277-282, 1997.
[7] E. A. Stout, N. R. Sottos and A. F. Skipor, “Mechanical Characterization of Plastic Ball Grid Array Package Flexure Using Moire Interferometry”, IEEE Transactions on Advanced Packaging, Vol. 23, No. 4, pp. 637-645, 2000.
[8] T. Ratanawilai, B. Hunter, G. Subbarayan and D. Rose, “A Comparsion between Moire Interferometry and Strain Gages for Effective CTE Measurement in Electronic Packages”, Proceedings of Inter Society Conference on Thermal Phenomena, pp. 246-252, 2000.
[9] Y. Zhao, C. Basaran, A. Cartwright and T. Dishongh, “Inelastic Behavior of Microelectronics Solder Joints under Concurrent Vibration and Thermal Cycling”, Proceedings of Inter Society of Conference on Thermal Phenomena, pp. 174-180, 2000.
[10] B. Han, D. Post and P. Ifju, “Moire Interferometry for Engineering Mechanics: Current Practices and Future Developments”, Journal of Strain Analysis, Vol. 36, No.1, pp. 101-117, 2001.
[11] B. Han, Z. Wu and S. Cho, “Measurement of Thermal Expansion Coefficient of Flexible Substrate by Moire Interferometry”, Experimental Techniques, pp. 22-25, May/June, 2001.
[12] J. Zhu, D. Zou and S. Liu, “Real-Time Monitoring and Simulation of Thermal Deformation in Plastic Package”, Journal of Electronic Packaging , Vol. 120 pp. 160-165, June, 1998.
[13] J. Wang, Z. Qian, D. Zou and S. Liu, “Creep Behavior of a Flip-Chip Package by Both FEM Modeling and Real Time Moire Interferometry”, Journal of Electronic Packaging, Vol.120 pp.179-185, June, 1998.
[14] 劉豫文, “以相位移陰影雲紋法探討電子構裝體受機械加工後之翹曲行為”, 國立清華大學動力機械系碩士論文, 2001.
[15] 王偉中,劉豫文, “利用凹陷降低電子元件的翹曲”, 中華民國發明專利申請中, 2002.
[16] 王偉中,劉豫文, “電子封裝體之組合”, 中華民國發明專利申請中, 2002.
[17] D. Post, B. Han and P. Ifju, “High Sensitivity Moire”, Springer-Verlag New York, 1994.
[18] A. J. Durelli and V. J. Parks, “Moire Analysis of Strain”, U.S.A., Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, U.S.A., 1970.
[19] Y. Guo, P. Ifju, R. Boeman and F. Dai, “Formation of Specimen Gratings for Moire Interferometry Applications”, Experimental Techniques, pp. 28-32, September/October 1999.
[20] X. Dai and P. S. Ho, “Thermo-mechanical Deformation of Underfilled Flip-Chip Packaging”, IEEE/CPMT Int’l Electronics Manufacturing Technology Symposium, pp. 326-333, 1997
[21] J. H. Lau and Y. H. Pao, “Solder Joint Relibility of BGA, CSP, Flip Chip, and Fine Pitch SMT Assemblies”, McGraw-Hill Inc., New York, U.S.A., 1997.
[22] J. W. Dally and W. F. Riley, “Experimental Stress Analysis”, McGraw-Hill Inc., New York, U.S.A., 1991.
[23] 趙凱華和鍾錫華, “光學”, 儒林圖書有限公司, 1997.
[24] 台灣聲寶股份有限公司, 桃園, 台灣, 2002.
[25] Photomechanics Inc., U.S.A., 2002.