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熱循環負載效應對於三維晶片封裝結構微焊點之特徵壽命估算

為了解決ANSYS 2021 R1 Crack的問題，作者林秉宗 這樣論述：

自20世紀後新興的電子產品逐漸邁向多功能且輕薄短小好攜帶的趨勢發展，需要將分別負責不同功能的電子元件整合在單一封裝體。原本平面封裝技術所佔空間大，須改革成堆疊的立體封裝用以改善空間的利用率，因此需要用到2.5D亦或是3D的晶片封裝佈局，故多維度的封裝技術已成現今的主流。3D晶片封裝主要因結構內部連接處在遭受溫度循環負載作用，材料間的熱膨脹係數不匹配而產生結構上的形變和引致翹曲量，致使連接點對位接合不易。本研究針對真實3D晶片封裝載具在-55 °C至125 °C的溫度循環負載下所得到的失效次數，以韋柏分佈計算出失效機率的失效次數。另外，Garofalo-Arrhenius潛變模式搭配ANSYS

軟體之有限元素分析法，探討上述載具在溫度循環負載下之潛變應變密度增量與潛變應變增量結果。將上述增量代入修正後的Coffin-Manson疲勞壽命預測公式用以得到替換成不同介電材料使用下的封裝錫球疲勞壽命。另一方面，本研究以實驗設計方式探討封裝載具介電材料其楊氏係數與熱膨脹係數之間的關係。結果發現楊氏係數主導潛變應變增量，而熱膨脹係數則不影響。進一步地使用反應曲面法，確認中心點曲率。反應曲面法利用中心點確認曲率，發現潛變應變增量不具有二次方項，只存在線性關係。因此本研究結果為當楊氏係數愈高，潛變應變能增量愈低，即會增加封裝焊點之特徵壽命。

電子封裝界面結合強度量測與脫層損傷分析

為了解決ANSYS 2021 R1 Crack的問題，作者劉裕豪 這樣論述：

電子封裝由多種材料集合而成，因熱膨脹係數不匹配在熱負載下造成相異材料界面產生脫層，而脫層可能產生線路訊號中斷或電源短路現象，都會造成封裝功能損壞。而封膠環氧樹脂之材料擁有吸濕特性，當內部發生細微脫層之時水分將滲入於此，受到製程高溫環境或使用時功能轉換產生的熱能，使得脫層間水分蒸氣化，最為嚴重之情況將會發生元件鼓脹和爆裂，導致封裝嚴重損壞。本研究主要分成兩部分，第一部分為使用雙懸臂樑實驗作為雙材料之界面強度量測與探討，進而建立有效與符合實際封裝材料的界面強度量測方法，研究中以銅導線架與環氧樹脂封膠之界面為探討對象，量測其界面結合強度。此外，實驗中亦透過架構影像量測系統藉以即時量測裂紋擴展時之裂

紋長度，並將其與雙懸臂樑實驗模擬分析之裂紋長度結果比對驗證，結果顯示兩者誤差小於10%以內，因此可藉由雙懸臂樑模擬分析之方法，求得裂紋長度減少重複實驗之需求，並進一步將其帶入解析解與模擬分析中求得應變能量釋放率，結果顯示數值分析與模擬分析誤差小於13%以內，進而驗證模擬分析之可行性。再者以實際產品之超薄四方平面無引腳封裝作為分析載具，探討後熟化製程熱負載影響之翹曲行為下，結構中銅導線架與環氧樹脂封膠之界面強度，以結構設計為目標，分析封裝體在不同幾何設計下產生脫層損傷之風險，此分析模型結合實驗設計與反應曲面法求其影響界面結合強度之因子，主要探討因子為環氧樹脂封膠厚度、晶片厚度、晶片尺寸與黏晶膠厚

度變化下對裂紋尖端能量之影響。結果顯示:1.熱負載影響下，應力集中於晶片外圍四周，與實際封裝生產脫層處相同，顯示脫層一般發生在應力集中處。2.黏晶膠厚度與晶片厚度為影響界面強度之主要因子，增加黏晶膠厚度以及降低晶片厚度可有效降低裂紋尖端之應變能量釋放率，減少裂紋擴展之損傷風險。3.反應曲面分析結果顯示，封裝幾何優化設計參數為，封膠厚度765μm、晶片厚度180μm、晶片2尺寸4480*1630μm以及黏晶膠厚度15μm，此組合裂紋應變能釋放率與原尺寸設計相比，下降了11%。