摘要

無線通訊產品如手機(Cell Phone)、個人數位助理(PDA)等產品，都注重在輕薄短小的設計。為了達到輕薄短小，可撓式基板型球腳格狀陣列構裝便廣泛地被使用在這些產品中，可撓式基板型球腳格狀陣列構裝體整個構裝體的厚度可以達到1 mm，而錫球的間距可以達到 0.5 mm，因此可以大大的減少產品的重量。可撓式基板(Film-Substrate)的厚度可以達到0.11 mm，甚至更薄。
本文主要是以有限元素法軟體MARC討論可撓式基板型球腳格狀陣列構裝體在構裝製程中：銀膠固化、封膠固化和迴焊過程對構裝體產生的翹曲和殘留應力，並以田口式實驗法討論材料厚度對翹曲和殘留應力的影響。
由MARC有限元素法分析後可知構裝體在迴焊過程後由於材料間的熱膨脹係數不同使構裝體在基板最外圍產生翹曲並在銀膠處產生殘留應力。
由田口實驗法可知晶片厚度對構裝體翹曲的影響比銀膠厚度和封膠厚度大，而殘留應力的主要影響因素為銀膠厚度。

ABSTRACT

Wireless communication products require thinner and small packaging to allow for reductions in Cell Phone and PDA product sizes. Currently, the Film-BGA (Ball Grid Array) package is in production for thinner and small case. The Film-BGA package is a thin package that uses polyimide tape as a substrate to reduce the overall package profile to 1 mm and ball pitch is 0.5 mm. The Film substrate can reach 0.11 mm thick or less.
Analysis the Film-BGA model consists of a sequentially coupled thermal- mechanical analysis considering epoxy curing, post molding compound and IR-Reflow by MARC. After these processes Film-BGA will occur warpage and residual stress, we will study the sizes of materials on the warpage and residual stress by Taguchi Method.
From the MARC analysis, it is found that due to the coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch between solder ball, die, molding compound, epoxy and substrate, there exists very high stress near the interfaces of epoxy and results the maximum warpage (y-displacement) that occurs at the edge of the substrate after IR-Reflow.
By means of the Taguchi Method, it is found that die size greatly affect the warpage of Film-BGA more than epoxy size and molding compound size. It is also found that epoxy size has more effect than die size and molding compound size on the residual stress of Film-BGA.

目錄
頁次
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章 緒論
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究動機 2
1.4本文組織與架構 4
第二章 應用理論 5
2.1前言 5
2.2 MENTAT 及MARC的介紹 5
2.2.1 MENTAT 之架構與功能 5
2.2.2 MARC的功能 6
2.2.3有限元素分析的步驟 6
2.3熱傳遞理論 6
2.3.1 熱傳導 6
2.3.2熱對流 7
2.4材料非線性 7
2.5 MARC非線性材料的計算 11
2.6 降伏條件 11
2.7 三維應力與應變對於彈性和塑性的關係 12
2.8 三維8節點(node)的元素討論 13
2.9 田口品質工程實驗法 14
第三章模型假設和問題分析 16
3.1 Film-BGA的特性討論 16
3.2 Film-BGA構裝製造過程 17
3.3模型假設和邊界條件的設定 19
3.3.1模型假設 19
3.3.2邊界條件方面 19
3.4分析的方法 20
3.4.1 原來尺寸的討論 20
3.4.2 改變材料的尺寸 21
3.5 以田口式實驗法討論 21
第四章 模擬結果分析與討論 23
4.1以原來尺寸對整個製程做討論 23
4.1.1以翹曲的觀點而言 23
4.1.2以銀膠殘留應力的觀點而言 24
4.1.3 以晶片上的應力觀點而言 24
4.1.4 以錫球上的應力觀點而言 25
4.2改變構裝體的尺寸 25
4.2.1改變封膠(EMC)的厚度 25
4.2.2改變晶片(Die)的厚度 26
4.2.3改變銀膠(Epoxy)的厚度 26
4.2.4 改變基板的厚度 26
4.2.5改變薄型基板的黏著層(adhesive) 27
4.2.6 以田口實驗法討論 27
第五章 結論與未來展望 28
5.1 結論 28
5.2建議事項 29
5.3未來展望 30
參考文獻 64
附錄 67

圖目錄
頁次
圖2.4-1材料之彈塑性 31
圖2.5-1平均正向法 31
圖2.5-2徑向迴歸法 32
圖2.6-1三維降伏軌跡 32
圖2.6-2等效降伏應力 33
圖2.8三維八節點元素 33
圖2.9田口式實驗法流程圖 34
圖2.9-1魚骨圖 35
圖3.1-1 Film-BGA的斷面圖 36
圖3.1-2 可撓式基板的斷面圖 36
圖3.2 Film-BGA構裝流程圖 37
圖3.4-1 Film-BGA尺寸圖 38
圖3.4-2 (a) Film-BGA 四分之一模型(正視圖) 38
圖3.4-2 (b) Film-BGA 四分之一模型(上視圖) 39
圖3.4-2 (c) Film-BGA 四分之一模型(45度視圖) 39
圖3.4-3 迴焊(IR-Reflow)過程 40
圖4.1.1 Film-BGA 構裝流程翹曲圖 40
圖4.1.1-1銀膠固化後之翹曲 41
圖4.1.1-2 封膠固化(PMC)過程後之翹曲 41
圖4.1.1-3 迴焊(IR-Reflow)過程後之翹曲 42
圖4.1.2-1 BGA構裝體不同界面的脫層 42
圖4.1.2-2 銀膠處殘留應力 43
圖4.1.2-3 Film-BGA構裝流程時銀膠處最大殘留應力值 43
圖4.1.3-1 構裝後晶片上的應力 44
圖4.1.4-1 錫球的應力 44
圖4.2.1-1 改變封膠厚度之翹曲量 45
圖4.2.1-2 改變封膠厚度之銀膠處最大殘留應力 45
圖4.2.1-3(a)改變封膠厚度之晶片頂部應力 46
圖4.2.1-3(b)改變封膠厚度之晶片底部應力 46
圖4.2.2-1 改變晶片厚度之翹曲量 47
圖4.2.2-2 改變晶片厚度之銀膠處最大殘留應力 47
圖4.2.2-3(a)改變晶片厚度之晶片頂部應力 48
圖4.2.2-3(b)改變晶片厚度之晶片底部應力 48
圖4.2.3-1 改變銀膠厚度之翹曲量 49
圖4.2.3-2 改變銀膠厚度之銀膠處最大殘留應力 49
圖4.2.3-3(a)改變銀膠厚度之晶片頂部應力 50
圖4.2.3-3(b)改變銀膠厚度之晶片底部應力 50
圖4.2.4-1 改變基板尺寸之晶片頂部應力 51
圖4.2.4-2 改變基板尺寸之晶片頂部應力 51
圖4.2.5-1 薄基板有無黏著層之晶片頂部應力 52
圖4.2.5-2 薄基板有無黏著層之晶片底部應力 52

表目錄
頁次
表3.4-1 Film-BGA材料係數 53
表3.4-2 Film-BGA尺寸表 54
表4.2.1 封膠厚度改變對Film-BGA影響結果 55
表4.2.2 晶片厚度改變對Film-BGA影響結果 55
表4.2.3 銀膠厚度改變對Film-BGA影響結果 56
表4.2.4 基板厚度改變對Film-BGA影響結果 56
表4.2.5 薄基板是有否有黏著層對Film-BGA影響結果 56
表4.2.1-1改變封膠厚度之晶片頂部應力 57
表4.2.1-2改變封膠厚度之晶片底部應力 57
表4.2.2-1改變晶片厚度之晶片頂部應力 58
表4.2.2-2改變晶片厚度之晶片底部應力 58
表4.2.3-1改變銀膠厚度之晶片頂部應力 59
表4.2.3-2改變銀膠厚度之晶片底部應力 59
表4.2.4-1改變基板厚度之晶片頂部應力 60
表4.2.4-2改變基板厚度之晶片底部應力 60
表4.2.5-1薄基板有無黏著層之晶片頂部應力 61
表4.2.5-2薄基板有無黏著層之晶片底部應力 61
表4.6.2-1 Film-BGA 尺寸對翹曲值影響分析 62
表4.2.6-2 Film-BGA 尺寸對銀膠處殘留應力值影響分析 63

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