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研究生:余忠儒
研究生(外文):Chung-Ju Yu
論文名稱:系統級封裝(SIP)的封裝材料對被動元件脫層的影響研究
論文名稱(外文):Delamination analysis between liquid encapsulant and passive component in SIP
指導教授:鍾文仁鍾文仁引用關係
指導教授(外文):Wen-Ren Jong
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:系統級封裝可靠度驗證液態封止材料脫層錫溢出錫橋接陰影疊文法物料清單翹曲度實驗設計超音波掃描檢測
外文關鍵詞:SIPReliability testingDelaminationSolder extrusionSolder bridgeShadow MoireBOMWarpageDOELiquid EncapsulantSAT
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本研究在系統級封裝SIP(System in Package)的封裝體13x13mm新產品導入期間在可靠度驗證(Reliability test)後所遭遇到的液態封止材料(Liquid Encapsulant)與被動元件表面發生脫層Delam(Delamination),脫層讓被動元件兩端子的錫溢出(Solder extrusion),嚴重時會讓兩端子的錫橋接(Solder bridge)形成元件短路造成產品電性失效問題,在解決問題時使用QC7工具分析數據、陰影疊文法(Shadow Moire)量測產品翹曲度(Warpage)、實驗設計DOE(Design of Experiment)來確認材料變異以及利用超音波掃描檢SAT (Scanning Acoustic Tomography)檢測脫層問題。
由結果得知封裝體的整體應力表現值越低對於可靠度結果越好,翹曲度在常溫和高溫變化量越小可以有效降低被動元件表面脫層風險,將這次的結果加在新產品導入的驗證程序來降低在可靠度完後脫層的風險並且達到客戶需求順利導入量產,讓公司在封裝技術上更有競爭力。
In this study, during the introduction of SIP (System in Package) 13x13mm new product, there are suffered delam(delamination) issue between the liquid encapsulant material and the passive component surface after the reliability test, this issue caused solder extrusion of the two terminals at passive component side, and in worse cases will cause the solder bridge of the two terminals at passive component side let the product function failure. When solving problems, we used QC7 tools to analyze data, used shadow moire to measure product warpage, DOE (design of experiment) to confirm material variation, and used SAT (Scanning Acoustic Tomography) to detect delamination issue.
From the results that the lower overall stress had better performance for reliability result, the smaller amount of warpage changed at room temperature and high temperature can effectively reduce the risk of delamination on the surface of the passive component. The results will be defined in the verification process of new products for delam reduction and meet customer needs to introduce mass production for making the company more competitive in packaging technology.
目錄
摘要........................................................................................................................I
Abstract ................................................................................................................ II
致謝.....................................................................................................................III
目錄.....................................................................................................................IV
圖目錄.................................................................................................................VI
表目錄.............................................................................................................. VIII
第 1 章 緒論...................................................................................................... 1
1.1. 研究動機與目的.................................................................................. 1
1.2. 文獻回顧.............................................................................................. 2
1.3. 研究方法與流程.................................................................................. 2
1.4. 本文架構.............................................................................................. 2
1.5. 本文內容編排...................................................................................... 3
第 2 章 理論基礎.............................................................................................. 4
2.1. 覆晶填膠理論(Underfill Dispensing)................................................. 4
2.2. 熱膨脹係數 Coefficient of Thermal Expansion(CTE) ....................... 5
2.3. 封裝材料介紹...................................................................................... 6
第 3 章 實驗方法.............................................................................................. 8
3.1. IC 封裝目的......................................................................................... 8
3.2. IC 前段封裝製程介紹......................................................................... 8
3.3. IC 後段封裝製程介紹....................................................................... 11
3.4. 可靠度試驗簡介................................................................................ 12
3.5. 超音波掃描簡介(Scanning Acoustic Tomography).......................... 17
3.6. 隂影疊文法(Shadow Moire) ............................................................. 21
3.7. 實驗流程規劃.................................................................................... 22
第 4 章 實驗結果與討論................................................................................ 25
4.1. 應力(Stress)模式建立 ....................................................................... 25
4.2. 材料匹配性對於應力影響................................................................ 25
4.3. 封裝翹曲度模擬................................................................................ 26
4.4. 可靠度(MSL3)結果........................................................................... 39
4.5. 失效模式分析(Failure Analysis)....................................................... 39
第 5 章 結論與未來展望................................................................................ 43
5.1. 結論.................................................................................................... 43
5.2. 未來展望............................................................................................ 43
參考文獻............................................................................................................. 44
圖目錄
圖 1-1. 封裝體的液態封止材料與元件發生脫層的卡通圖 ......................... 1
圖 2-1. 毛細現象填充法.................................................................................. 4
圖 2-2. 點膠量的計算公式.............................................................................. 4
圖 2-3. 線性熱膨脹係數 α 示意圖 ................................................................. 5
圖 2-4. 熱變形在兩種附合材料示意圖.......................................................... 5
圖 2-5. 環氧樹脂加熱反應模型...................................................................... 6
圖 3-1. 封裝前段製程流程圖........................................................................ 10
圖 3-2. 封裝後段製程流程圖........................................................................ 12
圖 3-3. 可靠度測試流程................................................................................ 14
圖 3-4. 溫度循環腔體示意圖........................................................................ 15
圖 3-5. 壓力鍋機台........................................................................................ 16
圖 3-6. 高加速壓力鍋機台............................................................................ 17
圖 3-7. 超音波檢測示意圖............................................................................ 18
圖 3-8. 探頭示意圖........................................................................................ 18
圖 3-9. 複合材料脫層檢測圖........................................................................ 19
圖 3-10. 探頭檢測示意圖................................................................................ 20
圖 3-11. Shadow Moire 量測示意圖............................................................... 21
圖 3-12. 實驗流程圖........................................................................................ 22
圖 4-1. Cell1 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 26
圖 4-2. Cell1 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 27
圖 4-3. Cell1 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 28
圖 4-4. Cell1 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 29
圖 4-5. Cell2 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 30
圖 4-6. Cell2 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 31
圖 4-7. Cell2 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 32
圖 4-8. Cell2 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 33
圖 4-9. Cell3 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 34
圖 4-10. Cell3 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 35
圖 4-11. Cell3 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 36
圖 4-12. Cell3 不同溫度翹曲度 3D 圖........................................................... 37
圖 4-13. Cell1~Cell3 溫度變化折線圖........................................................... 38
圖 4-14. Cell1 切片分析圖.............................................................................. 40
圖 4-15. Cell2 切片分析圖.............................................................................. 41
圖 4-16. Cell3 SAT Image(無異常)................................................................. 42
表目錄
表 2-1. 固態封模材料組成.............................................................................. 6
表 2-2. 液態封止材料組成.............................................................................. 7
表 3-1. 可靠度的測試環境條件等級............................................................ 15
表 3-2. 溫度循環規範(JESD22-A104).......................................................... 16
表 3-3. 探頭特色............................................................................................ 18
表 3-4. 探頭檢驗特色.................................................................................... 20
表 3-5. 材料在聲波傳送特性表.................................................................... 20
表 3-6. Under Fill 材料特性.......................................................................... 23
表 3-7. EMC 材料特性.................................................................................. 23
表 3-8. 實驗設計 DOE .................................................................................. 24
表 4-1. 公式名詞定義.................................................................................... 25
表 4-2. 封裝體材料應力估算值.................................................................... 25
表 4-3. Cell1~Cell3 翹曲度在不同溫度下變化表....................................... 38
表 4-4. DOE 結果........................................................................................... 39
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[7]鍾文仁/陳佑任編著,IC封裝製程與CAE應用(第三版),全華出版社。
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