跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.97.14.82) 您好!臺灣時間:2025/02/19 00:52
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:林柏均
研究生(外文):B. J. Lin
論文名稱:光電構裝體材料介面強度量測與應力分析
論文名稱(外文):Stresses and Strength at Material Interfaces in Optic-Electronic Package
指導教授:蔡明義蔡明義引用關係
指導教授(外文):M. Y. Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:133
中文關鍵詞:剝離強度剝離應力化學收縮效應新式剝離測試法
外文關鍵詞:Peel StrengthPeel StressChemical Shrinkage
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:571
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究針對三種不同模膠模封之光電構裝體,探討其受溫度循環測試後之破壞行為與相關力學分析。首先利用紅墨水浸漬、聲波斷層掃描儀與光學顯微鏡,尋找構裝體經溫度循環測試後,致使破壞的主因。接著,利用動態機械分析儀、熱機械分析儀、示差熱掃描分析儀與杜曼-格林干涉儀,驗證構裝體之材料參數的正確性。之後,藉由線性與非線性之有限元素分析,了解構裝體受熱循環時,因材料間之性質不匹配,其介面所產生之應力分佈情形,以及剝離試片於測試時,其介面所產生之內應力場。更進一步,利用陰影疊紋系統,探討化學收縮效應分別對構裝體與新式剝離試片造成的影響,並加以計算,以將介面之平均最大剝離應力與強度定量化,作為構裝體是否壞損的預測指標。最後,探討濕氣對模膠與導線銅片介面強度之影響。
由破壞檢測結果可知,構裝體於溫度循環測試後,模膠B與C之構裝體出現脫層現象,模膠A則無。由材料實驗與杜曼-格林干涉實驗,成功將材料參數作確認。將正確材料參數代入線性有限元素分析得知,構裝體之破壞乃因材料介面存有極大的剝離應力;其應力來源皆於低溫段溫載。由非線性有限元素分析得知,分別以三款模膠模封之構裝體,其材料介面在溫載後,並考慮化學收縮效應對構裝體之影響,其平均最大剝離應力分別為62.8、65.4與75.6MPa。由剝離測試結果並考慮化學收縮效應對剝離試片之影響,其平均最大剝離強度分別為88.1、65.4與53.8MPa。將構裝體之平均最大剝離應力與剝離測試之平均最大剝離強度比較,可準確地預測構裝體是否壞損,以證新式測試法對介面強度之定量化處理的準確性。此外,利用高溫高濕實驗得知,模膠A與導線銅片之介面強度並不因濕氣的影響而下降。
The purpose of this study is to investigate the stress analysis and failure behavior of the optic-electronic package, molded with three different molding-compounds (M.C.s), under thermal cycle test (TCT). First, the failure modes of package after TCT are documented by red-ink immersion, surface acoustic microscopy and optic microscopy. The material properties of three M.C.s and Ag-epoxy are determined by dynamic mechanical analyzer, thermal mechanical analyzer, differential scanning calorimetry and Twyman-Green (T/G) interferometry. Then, the stress distributions of package under TCT due to mismatch of CTE of materials and stress field of the peel test sample under mechanical and thermal loading are understood by linear and nonlinear finite element analysis (FEA). Further, the shadow moiré system is used for investigating the effect of chemical shrinkage on package and peel test sample. Moreover, the peel stress and strength are calculated quantitatively to predict the package whether they fail or not. Finally, moisture diffusion on peel strength of material interface between M.C. and alloy194 is studied.
The results show that delamination is occurred in packages with M.C.-B and -C, but not M.C.-A. The material properties of M.C.s and Ag-epoxy were obtained successfully by experiments. From FEA, it is found that the large peel stress at material interface is dominant in the package. From nonlinear FEA with considering chemical shrinkage, the maximum peel stresses of the package under TCT are 62.8, 65.4 and 75.6MPa for M.C.-A, -B and -C, respectively. On the other hand, from the peel tests, the average of maximum peel strengths between three different M.C.s and alloy194 are 88.1, 65.4 and 53.8MPa, respectively, including the effect of chemical shrinkage. The failure of the packages can be predicted by comparing with the maximum peel stresses and maximum peel strengths. Furthermore, the peel strength between M.C.-A and alloy194 doesn’t decrease after 85℃ and 85%RH condition.
誌謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 簡介 1
1.1 LED 2
1.2 LED構裝體之特性 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 問題定義 5
1.5 研究目的 6
第二章 研究試片與研究方法 7
2.1 破壞機制檢測 7
2.1.1 斷面聲波掃描儀 7
2.1.2 光學顯微鏡 8
2.2 材料特性量測 9
2.2.1 動態機械分析 9
2.2.2 熱機械分析 11
2.2.3 示差熱掃描分析儀 11
2.2.4 即時量測杜曼-格林雷射干涉系統 12
2.3 表面附著能之探討 14
2.3.1 接觸角量測儀 14
2.3.2 表面粗糙度量測儀 15
2.4 剝離測試試片製作 15
2.4.1 T形測試法(ASTM D1876) 16
2.4.2 楔形測試法(ASTM D3762) 16
2.4.3 剝離測試法(ASTM D903) 17
2.4.4 自製開發之剝離強度測試法 17
2.5 剝離強度測試 19
2.5.1 可程式恆溫系統與恆溫恆濕系統 19
2.5.2 微拉伸試驗機 19
2.6 殘留應力量測 20
2.6.1 即時加熱陰影疊紋儀 20
第三章 數值模擬與理論分析 22
3.1 有限元素法簡介 22
3.2 有限元素法原理 22
3.3 有限元素法架構 23
3.4 有限元素模擬 24
3.4.1 黏晶膠三層板模組(Die attachment assembly) 25
3.4.2 光電構裝體內應力分析 25
3.4.3 殘留應力分析 26
3.4.4 剝離應力模擬 26
3.5 雙層板理論分析 27
3.6 翹曲量與曲率之計算 28
第四章 結果與討論 30
4.1 破壞模式之檢測 30
4.1.1 紅墨水浸漬 31
4.1.2 聲波斷層掃描分析結果 32
4.1.3 光學顯微鏡分析 32
4.2 材料參數之確認與修正 33
4.2.1 動態機械分析結果 33
4.2.2 熱機械分析結果 34
4.2.3 示差熱掃描分析結果 34
4.2.4 杜曼-格林干涉系統量測 35
4.3 光電構裝體內應力之探討 36
4.3.1 線性分析 36
4.3.2 非線性分析 38
4.4 導線銅片之粗糙度與接觸角量測 39
4.4.1 表面粗糙度量測 39
4.4.2 接觸角量測 39
4.5 剝離試片之殘留應力分析 39
4.6 常溫低濕下剝離試片之強度測試結果 41
4.7 常溫低濕下剝離試片之破壞模式分析 42
4.8 常溫低濕下剝離試片之剝離強度分析 43
4.9 光電構裝體受化學收縮效應之影響 44
4.10 光電構裝體剝離損壞預測 45
4.11 高溫高濕下剝離強度測試結果與破壞模式分析 47
第五章 結論 48
參考文獻 51
附錄I I






表目錄
表2.1 光電構裝體經溫度循環測試(-40℃100℃)之結果 54
表4.1 光電構裝體材料參數表-1 55
表4.2 光電構裝體材料參數表-2 56
表4.3 構裝體在線性分析(90℃-40℃)下,三種模膠與導線支
架介面之平均應力值 57
表4.4 未切割的剝離試片分別於模封後及PMC後,長短軸之
翹曲量比較 58















圖目錄
圖2.1 光電構裝體實體及內部構造圖 59
圖2.2 溫度循環測試(TCT)之測試曲線 60
圖2.3 光學顯微鏡系統與成像原理 61
圖2.4 動態機械分析儀實體圖以及模膠試片實體圖 62
圖2.5 動態機械分析儀之三點彎距法 63
圖2.6 熱機械分析儀實體圖以及試片載具實體圖 64
圖2.7 示差熱掃描分析儀實體圖 65
圖2.8 示差熱掃描分析之特徵判斷示意圖 66
圖2.9 杜曼格林干涉儀之光路圖 67
圖2.10 晶片、銀膠與導線架組成之量測試片(Die Attachment As-
sembly) 68
圖2.11 以力學平衡為基礎的接觸角形成原理 69
圖2.12 ASTM D1876之T型測試法示意圖與尺寸規範圖 70
圖2.13 ASTM D3762之楔型測試法示意圖與尺寸規範圖 71
圖2.14 ASTM D903之剝離測試法示意圖與尺寸規範圖 72
圖2.15 製作自行開發試片所用之模具組實體圖與熱模機實體圖 73
圖2.16 自行開發的剝離強度測試試片之尺寸規範圖 74
圖2.17 含真空抽氣機之自動化模具機組 75
圖2.18 模封膠材之料塊加熱機 76
圖2.19 未切割與已切割之自製剝離試片實體圖 77
圖2.20 可程式恆溫系統與恆溫恆濕系統實體圖 78
圖2.21 微拉伸試驗機實體圖及剝離試片上機測試圖 79
圖2.22 即時加熱陰影疊紋儀之系統實體圖 80
圖2.23 即時加熱陰影疊紋系統之光路圖 81
圖3.1 晶片、黏晶膠與導線支架組成的二維與三維之三層版
模型 82
圖3.2 構裝體實體剖面與二維模型對照圖,以及局部放大圖 83
圖3.3 未切割剝離試片受熱收縮效應之殘留應力模型 84
圖3.4 剝離試片受力負載時之模型 85
圖3.5 雙層板結構因受熱影響而產生翹曲 86
圖3.6 翹曲量與曲率之轉換計算 87
圖4.1 構裝體浸漬於紅墨水中達30分鐘後之滲透情形 88
圖4.2 分別將三種模膠模封之構裝體經溫度循環測試後,再經
C-SAM掃描後之結果 89
圖4.3 以模膠A模封之構裝體經100次溫度循環測試後,模膠
A與導線架間之材料介面無任何脫層產生 90
圖4.4 以模膠B模封之構裝體經100次溫度循環測試後,模膠
B與導線架間之材料介面產生脫層之情形 91
圖4.5 以模膠C模封之構裝體經100次溫度循環測試後,模膠
C與導線架之材料介面產生脫層之情形 92
圖4.6 模膠A之DMA材料測試結果 93
圖4.7 模膠B之DMA材料測試結果 94
圖4.8 模膠C之DMA材料測試結果 95
圖4.9 黏晶膠材(Ag-epoxy)之DMA材料測試結果響 96
圖4.10 模膠A之TMA材料測試結果 97
圖4.11 模膠B之TMA材料測試結果 98
圖4.12 模膠C之TMA材料測試結果 99
圖4.13 模膠A之DSC材料測試結果 100
圖4.14 模膠B之DSC材料測試結果 101
圖4.15 模膠C之DSC材料測試結果 102
圖4.16 利用杜曼格林干涉儀量測由晶片、黏晶膠與導線支架
組成之三層板結構於溫度負載下之實驗結果 103
圖4.17 利用杜曼格林干涉儀量測由晶片、黏晶膠與導線架組
成之三層板結構於室溫下的實驗結果與3D模擬對照 104
圖4.18 利用杜曼格林干涉儀量測由晶片、黏晶膠與導線支架
組成之三層板結構於溫度負載中的實驗結果與二維及
三維模擬之對照 105
圖4.19 以模膠A模封之構裝體經90℃-40℃後Y軸正向應
力場分佈 106
圖4.20 經90℃-40℃後構裝體模膠A與導線支架間之應力
場分佈 107
圖4.21 以模膠A模封之構裝體於線性分析(90℃-40℃)後節
點間距收斂比較圖 108
圖4.22 以模膠A模封之構裝體於非線性分析(150℃-40℃)
後節點間距收斂比較圖 109
圖4.23 模膠A與導線架介面於線性(90℃-40℃)與非線性(
150℃-40℃)模擬下之平均Y軸正向應力之比較 110
圖4.24 三種模膠模封之構裝體於非線性(150℃-40℃)分析
後之平均Y軸正向應力比較 111
圖4.25 導線銅片之表面粗糙度形貌 112
圖4.26 導線銅片之平均表面粗糙度量測結果 113
圖4.27 去離子水滴於導線銅片上之側視外觀與平均接觸角 114
圖4.28 未切割前的剝離試片經PMC前後之翹曲形變比較 115
圖4.29 未切割前的剝離試片經PMC前後之曲率比較 116
圖4.30 剝離試片模擬數值與實驗結果之曲率比較 117
圖4.31 剝離試片化學收縮效應與熱收縮造成之平均Y軸正向
應力 118
圖4.32 剝離試片之剝離拉伸曲線 119
圖4.33 各種剝離試片之最大剝離力之分佈 120
圖4.34 各種剝離試片之平均最大剝離力 121
圖4.35 模膠A之剝離試片剝離後銅片表面形貌 122
圖4.36 模膠B之剝離試片剝離後銅片表面形貌 123
圖4.37 模膠C之剝離試片剝離後銅片表面形貌 124
圖4.38 模膠A之剝離試片於121.7 (g/mm)力負載下之剝離應
力場 125
圖4.39 模膠A之剝離試片於121.7 (g/mm)力負載下之剝離應
力分佈 126
圖4.40 三種模膠之剝離測試強度 127
圖4.41 利用線性模擬(90℃-40℃)改變熱膨脹係數差,構裝
體模膠與導線架間材料介面之最大剝離應力之比較 128
圖4.42 構裝體考慮化學收縮效應後之最大平均Y軸正向應力 129
圖4.43 未考慮化學收縮效應時,材料介面之剝離強度與構裝
體平均最大Y軸正向應力之比較,並且作破壞預測 130
圖4.44 考慮化學收縮效應後,材料介面之剝離強度與構裝體
平均最大Y軸正向應力之比較,並且作破壞預測 131
圖4.45 模膠A之剝離試片經連續120小時高溫高濕(RT=85℃
&85%RH)條件後之剝離測試結果 132
圖4.46 模膠A之剝離試片經連續120小時高溫高濕(RT=85℃
&85%RH)條件後之剝離後銅片表面形貌 133
1. D. M. Brewis and G. W. Critchlow, ‘‘Locus of failure of T-peel joints formed between aluminium and various adhesives,’’ Int. J. Adhesion and Adhesives, Vol. 17, No. 1, pp.33-38, (1997).

2. S. Takeda, T. Masuko, Y. Miyadera, M. Yamazaki and I. Maekawa, ‘‘A Novel Die Bonding Adhesive – Silver Filled Film,’’ Electronic Components and Technology Conference, (1997).

3. Teiichi Inada and C. P. Wong, ‘‘Fundamental Study on Adhesive Strength of Electrical Conductive Adhesives (ECAs),’’ International Symposium on Advanced Packaging Materials, (1998).

4. C. M. L. Wu, N. H. Yeung, M. L. Chau and J. K. Lai “Residual Strength of OLB in a TAB Assembly with ACF after Thermal and Mechanical Loading,’’ Proc. 3rd International Conference on Adhesive Joining and Coating Technology in Electronics Manufacturing (Adhesive ‘98), September 28-30th, (1998).

5. H. Jiang, B. Chou, and S. Beilin, “Adhesion Evaluation of Adhesiveless Metal/Polyimide Substrate for MCM and High Density Packaging,’’ International Conference on Multichip Modules and High Density Packaging, (1998).

6. R. Schmidt, P. Alpern, K. Plecher and R. Tilgner, “Investigation of the Adhesion Strength between Molding Compound and Leadframe at Higher Temperatures,’’ Electronics Packaging Technology Conference, (1998).

7. S. Takeda and T. Masuko, “Novel Die Attach Films Having High Reliability Performance for Lead-free Solder and CSP, ’’ Electronics Components and Technology Conference, (2000).

8. K. Y. Rhee, J. H. Yang, “A study on the peel and shear strength of aluminum/CFRP composites surface-treated by plasma and ion assisted reaction method,’’ Composites Science and Technology (2001).

9. S. Y. Kim, Y. H. Kim and C. S. Yoon, ‘‘Adhesion of RF Bias-Sputtered Cr Thin Films onto Photosensitive Polyimide Substrates,’’ Int’l Symposium on Electronic Materials and Packaging, (2001).

10. J. H. Zhang, Y. C. Chan, Z. M. Zeng and Y. W. Chiu, “Research on the interfacial Reaction between Anisotropically Conductive Film and Bumpless Die,’’ Electronics Components and Technology Conference, (2002).

11. S. T. Lu, “A New Approach to Low-Temperature Bonding for Fine Pitch Chip-on-Flex Technology,’’ Electronics Packaging Technology Conference, (2004).

12. L. Cao, Z. Lai and J. Liu, “Effect of Curing Condition of Adhesion Strength and ACA Flip-Chip Contact Resistance,’’ Proceeding of the 6th IEEE CPMT International Symposium on High Density Packaging and Component Failure Analysis (HDP’4), pp. 254-258, (2004).
13. M. M. R. Howlader, M. Iwashita, K. Nanbu, K. Saijo and T. Suga, “Enhanced Cu/LCP Adhesion by Pre-Sputter Cleaning Prior to Cu Deposition,’’ IEEE Transactions on Advanced Packaging, Vol. 28, No. 3, August, (2005).
14. J. Fauty, L. G. Cada, M. Stana, “Effect of 260℃ Reflow on the Ability of Mold Compounds to Meet moisture Sensitivity Level One (MSL1),’’ IEEE Transactions on Components and Packaging Technology, Vol. 28, No. 4, December, (2005).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關論文