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研究生:黃清舜
研究生(外文):Ching-Shun Huang
論文名稱:晶圓級晶片尺寸構裝可靠性分析
論文名稱(外文):Reliability Analysis of Wafer Level Packages
指導教授:張嘉隆張嘉隆引用關係
指導教授(外文):Chia-Lung Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:可靠度熱疲勞晶圓級封裝
外文關鍵詞:ReliabilityThermal FatigueWafer Level Packaging
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摘 要

隨著電子產品朝向輕、薄、微小化發展,各樣式的封裝結構推陳出新。能符合輕薄短小與高密度的要求,且可大幅降低成本的晶圓級構裝(Wafer Level Package)漸漸受到重視。晶圓級晶片尺寸構裝失效之主要原因是作為接點的錫球疲勞破裂,這是導因於不同材料間熱膨脹係數的不匹配所造成的熱應力/應變。本研究使用有限元素分析軟體ANSYS模擬錫球於溫度循環負載下的非線性應力/應變行為,使用雙層板數值模擬結果與實驗數據做比較,驗證模擬的準確性,並由Coffin-Manson與Modified Coffin-Manson關係式預測疲勞壽命。最後探討錫球配置方式與緩衝層材料性質對於錫球疲勞壽命之影響,以獲得高可靠度的封裝結構。
ABSTRACT
The development trend of electronic product is toward lighter, thinner, smaller, and high density. The wafer level packages meet both the trend and low cost requirement. The wafer level packages get popular in market. One critical issue of wafer level package failure is the fatigue damage of solder joints. The damage is caused by the mismatch of coefficients of thermal expansion for materials inside the package. In this study, reliability analysis of solder joints on wafer level package under temperature cycle test is performed by nonlinear finite element method. The simulation results for nonlinear stress/strain response of solder joint on double beam are compared with experimental measurements to verify the model. Both Coffin-Manson and Modified Coffin-Manson equations are used to predict the fatigue life of solder joints on the package under temperature cycle test. Furthermore, the effect of solder ball layout and stress relax buffer layer material on the fatigue life of solder joints is studied.
目 錄

中文摘要 --------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 --------------------------------------------------------------------------- ii
目錄 --------------------------------------------------------------------------- iii
表目錄 --------------------------------------------------------------------------- v
圖目錄 --------------------------------------------------------------------------- vi
符號說明 --------------------------------------------------------------------------- viii
第一章 緒論--------------------------------------------------------------------- 1
1-1 前言--------------------------------------------------------------------- 1
1-2 晶圓級構裝技術的分類--------------------------------------------- 2
1-2-1 晶圓級構裝技術------------------------------------------------------ 2
1-2-2 尺寸比較--------------------------------------------------------------- 2
1-3 文獻回顧--------------------------------------------------------------- 3
1-4 研究動機與目的------------------------------------------------------ 5
1-5 本文架構--------------------------------------------------------------- 5
第二章 理論基礎--------------------------------------------------------------- 7
2-1 非線性理論------------------------------------------------------------ 7
2-2 Newton-Raphson法則------------------------------------------------ 7
2-3 降伏準則--------------------------------------------------------------- 9
2-4 彈塑性理論與應力應變曲線--------------------------------------- 9
2-5 Norton Equation ---------------------------------------------------- 10
2-6 疲勞壽命理論--------------------------------------------------------- 10
2-7 雙層板(Double Beam)分析理論-------------------------------- 11
2-8 加速熱循環測試暨錫球潛變以及疲勞現象簡介--------------- 14
2-8-1 加速熱循環測試------------------------------------------------------ 14
2-8-2 潛變現象--------------------------------------------------------------- 14
2-8-3 疲勞破壞--------------------------------------------------------------- 15
第三章 雙層板(Double Beam)模型數值模擬-------------------------- 16
3-1 數值模擬分析暨文獻實驗方法說明------------------------------ 16
3-2 雙層板有限元素模型暨材料參數說明--------------------------- 16
3-3 雙層板(Double Beam)模型模擬之設定----------------------- 17
3-4 結果與討論------------------------------------------------------------ 17
3-4-1 雙層板(Double Beam)模型有限元素網格密度說明-------- 18
3-4-2 錫球網格尺寸與水平方向位移及剪潛變應變範圍收斂情形 18
3-4-3 模擬剪應力/剪應變磁滯曲線與實驗數據之比較-------------- 18
3-4-4 剪應力對溫度、剪應力對時間及剪應變對應溫度之關係圖 19
3-4-5 誤差評估(Error Estimation)與錫球網格密度之關係------- 19
第四章 WL-CSP可靠度數值模擬------------------------------------------ 20
4-1 WL-CSP有限元素分析模型說明--------------------------------- 20
4-2 分析模型之基本假設------------------------------------------------ 20
4-3 WL-CSP材料性質說明---------------------------------------------- 20
4-4 邊界條件設定--------------------------------------------------------- 21
4-5 分析步驟--------------------------------------------------------------- 21
4-6 結果與討論------------------------------------------------------------ 24
4-6-1 原始模型之模擬結果------------------------------------------------ 24
4-6-2 錫球配置方式對錫球疲勞壽命之影響分析--------------------- 25
4-6-3 緩衝層材料性質對於錫球疲勞壽命之影響分析--------------- 26
第五章 結論與未來展望------------------------------------------------------ 27
5-1 結論--------------------------------------------------------------------- 27
5-2 未來展望--------------------------------------------------------------- 27
參考文獻--------------------------------------------------------------- 28
簡歷--------------------------------------------------------------------- 63
參考文獻

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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