濕氣侵入引起硅碳棒封裝脫層斷裂的分析
2023-07-22 16:45:10 點擊：
在電子封裝過程中，硅碳棒焊接是個重要的工藝流程。在焊接前，濕氣由高聚物的表面向內擴散，分布在高聚物封裝材料中。焊接時，電子芯片在120 s的時間內，由室溫加熱到250 9C。由于高聚物基封裝材料的親水性，在加熱前芯片中難以避免水分的侵人。因此，在焊接加熱時，材料中的水分蒸發并進人初始的粘結缺陷中(圖3中的A部分)，產生內壓，造成硅碳棒粘接層的脫層斷裂。如圖3所示，設計時采用的條件比實際中的要嚴格得多。在進行焊接之前，硅碳棒首先放置于85 9C/85H的環境中歷經168 h,然后冷卻到室溫再焊接。整個過程(包括焊接和脫層斷裂過程)用有限元法進行模擬。由于墊板是由完全不吸水的材料硅制作的，并考慮元件的對稱性，取計算模型如圖4所示，封裝材料的厚度h=3。
計算所需要的材料參數取自文獻復合材料的彈性模量受溫度的影響較大，因此它是溫度的函數。通過計算積分式(5)得到裂尖的能量釋放率，并與試驗測到的裂紋能量釋放率相比較，可以判斷裂紋是否會擴展，進而發生脫層斷裂。
計算結果如圖5所示，橫坐標表示裂紋長度和封裝材料的厚度之比，縱坐標代表裂紋的能量釋放率。線段①和②與曲線的交點，分別對應在干燥界面和完全潮濕界面2種情況下，試驗測出的裂尖能量釋放率。從圖5中可以看出，界面有水汽侵入后，材料的能量釋放率下降。隨著of人增大，G也增大，而且當溫度高的時候，增大的速率加快。焊接溫度達到212℃附近時，在nfh二1附近的裂紋能量釋放率達到干燥界面時的臨界值;而溫度升到240℃附近、ofh值降為0. 61左右時，干燥界面能量釋放率達到臨界值。界面不可能是完全干燥的，因此，線段①與曲線的交點給出上限，線段②與曲線的交點給出下限。
由于有濕氣侵入到硅碳棒的封裝材料中，在焊接時常發生脫層斷裂。本文中采用有限元法，應用考慮了濕熱影響的能量釋放率表達式對其進行了計算分析，得出能量釋放率在不同溫度下隨a1h變化的關系，根據試驗測量到的裂紋能量釋放率，對封裝材料的脫層斷裂進行分析預測。當溫度從約212℃升高到約24D℃時，a/h的臨界值上限從1左右降低到約0.61。www.yagpc.com
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