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研究生:王品傑
研究生(外文):Pin-Chieh Wang
論文名稱:扇形擴散晶圓級可撓性封裝可靠度研究
論文名稱(外文):Reliability study on Fan-out Wafer Level flexible package
指導教授:徐祥禎徐祥禎引用關係
指導教授(外文):Hsiang-Chen Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:機械與自動化工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:扇型擴散晶圓級封裝溫度循環測試熱疲勞模式彎曲測試
外文關鍵詞:fan-out wafer level packagetemperature cycling testthermal fatigue modelsbending
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本研究主要目標是利用微機電系統技術結合生醫材料來設計製作扇形擴散晶圓級可撓性封裝,並使用有限元素軟體ANSYS來進行可靠度測試,其重點在於溫度循環測試。由於構裝元件是由各種材料所組成,在經歷溫度負載測試階段,由於熱膨脹係數的不匹配,產生熱應力及熱應變,而使構裝元件壽命大幅的減短。本研究透過熱疲勞模式來預測封裝結構的壽命。
本研究也將模擬後的模型進行實體製作,將扇形擴散晶片封裝於可撓性基板PDMS中,搭配印刷電路技術將特蝶設計的馬蹄型電路配置在其中,並探討印刷於不同材料之基板上的效果,經由特別設計的彎曲測試機台來測試可撓性封裝的電路導通之狀況,以分析結構體的可彎曲狀況,完成防水又具可撓性的封裝結構體。

The purpose of this research is to design and fabricate the fan-out wafer level flexible package by micro-electro-mechanic system (MEMS) technology with biomaterial. Reliability of temperature cycling test has been conducted through the commercial finite element analysis software ANSYS. Thermal loading test are crucial for multiple materials constructed in packaging structure. Due to mismatch of thermal expansion coefficients, thermal induced stress/strain would result in a decrease in the life of electronic packages. Therefore, the predicted life can be determined through previous developed thermal fatigue models.
Beside the computer predictions, physical component and device based on simulation model are fabricated. Fan-out wafer level chip is embedded in a flexible PDMS substrate and a special designed horse’s hoof circuit pattern is screen printed in thin film. Parametric studies are performed for different patterns on different thin film materials. In addition, the maximum curvature of package is achieved through bending test in a special designed fixture. The final product is flexible and moisture resistant.

摘 要 I
Abstract II
致 謝 III
總目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 積體電路 1
1.1.2 微機電系統 3
1.1.3 晶圓級封裝 3
1.1.4 線路重新佈局 4
1.1.5 可靠度 4
1.2 研究目的及動機 5
1.3 本文架構 8
第二章 文獻回顧 10
2.1 溫度循環分析 10
2.2 疲勞壽命與可靠度分析 11
2.3 晶圓級封裝製程 12
2.4 雷射加工 19
第三章 理論基礎 21
3.1 熱傳基礎理論 21
3.1.1 熱傳導 21
3.1.2 熱對流 23
3.2 熱應力及熱應變 24
3.3 等效應力 27
3.4 潛變分析理論 27
3.4.1 潛變統御方程式 28
3.5 疲勞壽命模式 29
3.5.1 Coffin-Mason方程式 29
3.5.2 Engel-Maier方程式 30
3.6 基礎流體力學概念 31
3.6.1 黏滯性 31
3.6.2 表面張力 32
3.6.3 薄膜變形理論 35
3.7 雷射原理 36
3.7.1 雷射光特性 37
3.7.2 原子能階 37
3.7.3 居量反轉 39
3.7.4 光幫泵與光學共振腔 40
3.7.5 活性介質 42
3.7.6 重疊率 43
第四章 模擬與分析 45
4.1 模型基本假設 45
4.2 模型結構尺寸 45
4.3 研究模型建立與設定 47
4.3.1 前處理元素與材料設定 47
4.3.2 有限元素模型求解設定 50
第五章 可撓性晶圓級晶片封裝 52
5.1 封裝製程實驗的概念與原理 52
5.1.1 線路印刷 52
5.1.2 封裝結構 54
5.2 封裝製程 55
5.2.1 線路印刷 55
5.2.2 晶片金球壓印 58
5.2.3 晶片封裝 58
5.2.4 雷射通孔 60
5.3 彎曲測試 62
第六章 結果與討論 63
6.1 封裝實驗 63
6.1.1 不同基板對印刷線路的影響及品質 63
6.1.2 彎曲測試結果 65
6.2 有限元素模擬結果 65
第七章 結論 70
第八章 未來展望 71
參考文獻 72

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