本文主要目的在探討不同的溫濕保存條件下經IR-reflow模擬過程中回焊溫度與滯留時間之變動對PBGA構裝體翹曲之影響，藉以了解PBGA構裝體在IR-reflow模擬過程中因回焊溫度與滯留時間的變動對構裝體翹曲的影響。並且本文利用陰影疊紋術作為量測構裝體翹曲的方法，因為陰影疊紋術是一種具備全域分析、非接觸性檢測及高靈敏度等優點的光學量測法，特別適於量測面外位移，故此法可用於量測PBGA構裝體在IR-reflow模擬過程中翹曲之變化。藉由田口式直交表來建立不同回焊溫度和滯留時間的IR-reflow曲線以進行實驗，並求得回焊溫度和滯留時間的變動對翹曲量的影響。

The main objective of this paper is to utilizing the Shadow Moiré method to study the effect of IR-reflow Condition Variations on the warpage of PBGA Packages. Two combinations of different moisture and temperature status are also chosen for the purpose of the study.
The result shows that the first peak temperature is the most effective variable on the warpage of PBGA packages under the IR-reflow process.

目錄

中文摘要..........................................I
英文摘要.........................................II
目錄............................................III
圖目錄...........................................VI
表目錄...........................................IX

第一章 緒論....................................1
1-1 前言.....................................1
1-2 文獻回顧.................................2
1-3 組織與章節...............................5

第二章 疊紋術的簡介和陰影疊紋術的原理..........6
2-1 疊紋術的簡介.............................6
2-2 陰影疊紋術原理...........................7

第三章 實驗規劃及規劃............................16
3-1 實驗規劃................................16
3-2 實驗設備介紹............................16
3-2-1 恆溫恆濕系統..........................17
3-2-2 IR-reflow的模擬設備...................18
3-2-3 參考光柵及其挾持具....................19

3-2-4 試件之夾具............................20
3-2-5 光學儀器..............................20
3-2-6 PBGA構裝體型式........................21
3-3 實驗步驟................................21
3-3-1 去濕和加溫加濕過程....................22
3-3-2 光學元件架設和翹曲量測階段............22
3-4 建立田口式直交表因子....................23
3-4-1 因子水準的選取........................23
3-4-2 直交表選用............................24

第四章 構裝體在不同溫濕環境下的相對溼度..........42
4-1 去濕結果................................42
4-2 兩種保存環境的相對溼度..................42

第五章 實驗結果分析與比較........................48
5-1 實驗目的....................................48
5-2 實驗方法....................................48
5-3 實驗結果....................................48
5-4 翹曲值結果比較..............................49
5-4-1 兩種環境時控制因子與Wf – Wi值的關係......50
5-4-2 兩種環境時控制因子與Wg – Wi值的關係......51
5-4-3 總結......................................53

第六章 結論與展望................................88
6-1 結論....................................88
6-2 展望....................................88

參考文獻.........................................90


圖目錄

圖2-1（a） 光柵旋轉Θ角..........................10
圖2-1（b） 光柵相對位移..........................10
圖2-2 陰影疊紋術原理的示意圖.....................11
圖2-3 E點的翹曲值與條紋序之幾何關係圖............12
圖2-4 陰影疊紋術以tanα+tanβ=定值的架設.........13
圖2-5 實驗架設示意簡圖...........................14
圖3-1 溫溼度場建立流程圖.........................26
圖3-2 IR-reflow實驗流程圖........................27
圖3-3 實驗型恆濕恆溫系統.........................28
圖3-4 恆濕恆溫系統概圖...........................29
圖3-5 濕度控制器電路圖...........................30
圖3-6 溼度控制示意圖.............................31
圖3-7 溼度控制器實體圖...........................31
圖3-8 IR-reflow模擬設備實體圖....................32
圖3-9試件夾具實體圖..............................33
圖3-10 PBGA構裝體內部結構示意圖..................34
圖3-11 精密電子天秤..............................35
圖3-12 光學元件架設示意圖........................36
圖3-13 光學元件架設實體圖........................37
圖3-14 魚骨圖....................................38
圖4-1 PBGA構裝體125℃去濕曲線圖..................44
圖4-2 兩種溫濕保存環境的相對溼度圖...............45
圖5-1 環境一之實驗1的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................54
圖5-2 環境一之實驗2的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................55
圖5-3 環境一之實驗3的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................56
圖5-4 環境一之實驗4的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................57
圖5-5 環境一之實驗5的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................58
圖5-6 環境一之實驗6的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................59
圖5-7 環境一之實驗7的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................60
圖5-8 環境一之實驗8的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................61
圖5-9 環境一之實驗9的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖...................62
圖5-10 環境二之實驗1的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................63
圖5-11 環境二之實驗2的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................64
圖5-12 環境二之實驗3的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................65
圖5-13 環境二之實驗4的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................66
圖5-14 環境二之實驗5的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................67
圖5-15 環境二之實驗6的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................68
圖5-16 環境二之實驗7的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................69
圖5-17 環境二之實驗8的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................70
圖5-18 環境二之實驗9的 (a)30℃ (b) IR-reflow結束後及
(c) 冷卻回到30℃的疊紋圖..................71
圖5-19 環境一時控制因子與水準在Wf–Wi值時的關係圖.72
圖5-20 環境二時控制因子與水準在Wf–Wi值時的關係圖.73
圖5-21 環境一時控制因子與水準在Wg–Wi值時的關係圖.74
圖5-22 環境二時控制因子與水準在Wg–Wi值時的關係圖.75

表目錄

表2-1 各種疊紋干涉術與量測位移場之對照表.........15
表3-1 PBGA構裝體的材料規格表.....................39
表3-2 因子水準表.................................40
表3-3 L9（34）直交表.............................41
表4-1 PBGA構裝體125℃去濕表......................46
表4-2兩種溫濕保存環境的相對溼度表................47
表5-1 田口因子表.................................76
表5-2 兩種環境在各個不同狀態所量測之相對最大翹曲值.77
表5-3 環境一的各個不同溫度狀態相對最大翹曲值的比較
結果........................................78
表5-4 環境二的各個不同溫度狀態相對最大翹曲值的比較
結果........................................79
表5-5 環境一時控制因子與水準在Wf – Wi值的回應表..80
表5-6 環境一時控制因子與水準在(Wf–Wi)/Wi的回應表.81
表5-7 環境一時控制因子與水準在Wg – Wi值的回應表..82
表5-8 環境一時控制因子與水準在(Wg–Wi)/Wi 值的回應表.83
表5-9 環境二時控制因子與水準在Wf – Wi值的回應表..84
表5-10 環境二時控制因子與水準在(Wf–Wi)/Wi的回應表.85
表5-11 環境二時控制因子與水準在Wg – Wi值的回應表.86
表5-12 環境二時控制因子與水準在(Wg–Wi)/Wi值的回應表.87

1. JEDEC Solid State Product Outlines, MO-142 Thin Small Outline Package Type I, Issue B, June 1993.
2. JEDEC Solid State Product Outlines, MO-151 Plastic Ball Grid Array, 1.27mm pitch, Issue A, August 1993.
3. E. Suhir, ‘Predicted Bow of Plastic Package of Integrated Circuit Derives’, J. of Reinforced Plastic and Composites, Vol.12, 1993, pp.951-972.
4. G. Kelly, C.Lyden, W. Lawton, J. Barrett, A. Saboui, H. Page and H. Peters, ‘The Importance of Molding Compound Cahemical Shrinkage in the Stress and Warpage Analysis of PQFPs’, IEEE Conference of Electronic Component and technology, 1995, pp.977-981.
5. W. Zhang, D. Wu, B. Su, S. A. Hareb, Y. C. Lee and B. P. Masterson, ‘The Effect of Underfill Epoxy on Warpage in Flip-Chip Assemblies’, IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology-Part A, Vol.21, No.2, June, 1996, pp.505-510.
6. Y. Guo and S. Liu, ‘Development in Optical Methods for Reliability Analysis in Electronic Packaging Applications’, Journal of Electronic Packaging, Vol.120 June, 1998, pp.186-193.
7. S. Liu, J. Zhu, D. Zou and J. Benson, ‘Study of Delaminated Plastic Packages by High Temperature Moiré and Finite Element Method’, IEEE Transaction on Components Packaging and Manufacturing Technology-Part A, Vol.20, No.4, December, 1997, pp.505-510.
8. Q.S.M. Ilyas and B. Poborets, ‘Evaluation of Moisture Sensitivity of Surface Mount Plastic Packages’, Proceedings of the ASMEConference, 1993, pp.145-156.
9. L. Yip, ‘Moisture Sensitivity and Reliability of Plastic Thermally Enhanced QFP Packages’, IEEE Transaction on Component Packaging and Manufacturing Technology-Part B, Vol.18, No.3, August, 1995, pp.485-490.
10. Richard L﹒Shook﹐Timothy R﹒Conrad﹐Sriama Sastry﹐and David B﹒Steele﹐‘Diffusion Model to Derate Moisture Sensitive Surface Mount IC’s for Factory Use Conditions’﹐IEEE Transactions on Components﹐Packaging﹐and Manufacturing Technology-Part C﹐Vol19﹐No﹒2﹐April 1996﹐pp.110-118
11. E. Suhir, ‘Failure criterion for moisture-sensitive plastic packages of integrated circuit (IC) devices：Application of von- KÁRMÁN’S equations with consideration of thermoelastic strains ’, International Journal of Solids and Structures, Vol.34, No.23, 1997, pp.2991-3019.
12. R. L. Shook, B. T. Vaccaro and D. L. Gerlach, ‘Method for Equivalent Acceleration of JEDEC/IPC Moisture Sensitivity Levels’, IEEE Annual International Reliability Physics Symposium, Reno, Nevada, 1998, pp.214-219.
13. R. L. Shook and J. P. Goodelle, ‘Handling of Highly-Moisture Sensitive Components－An Analysis of Low-Humidity Containment and Baking Schedules’, IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, Vol.23, No.2, 2000, pp.81-86.
14. S. Yi, J. S. Goh and J. C. Yang, ‘Residual Stresses in Plastic IC Packages During Surface Mounting Process Preceded by Moisture Soaking Test’, IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology-Part B, Vol.20, No.3, 1997, pp.247-255.
15. A. A. O. Tay and T. Y. Lin, ‘Moisture Diffusion and Heat Transfer In IC Packages’, IEEE InterSocity Conference on Thermal Phenomena, 1996, pp.67-72.
16. E. H. Wong, Y. C. Teo, T. B. Lim, ‘Moisture Diffusion and Vapour Pressure Modeling of IC Packaging’, IEEE Electronic Components and Technology Conference, 1998, pp.1372-1378.
17. R﹒L﹒Shook﹐and V﹒S﹒Sastry﹐‘Influence of Preheat and Maximum Temperature of the Solder-Reflow Profile on Moisture Sensitive IC’s’﹐IEEE Electronic Components and Technology Conference﹐1997﹐pp.1041-1048.
18. Yizhe Elisa Huang﹐Debbie Hagen﹐Glenn Dody and Terry Burnette﹐‘Effect of Solder Reflow Temperature Profile on Plastic Package Delamination’﹐ IEEE/CPMT Int’l Electronics Manufacturing Technology Symposium﹐1998,pp.105-111.
19. 錢志回、洪健雄、蔡明郎、邱以泰， ‘半導體構裝體於不同溫濕保存環境下經IR-reflow過程後翹曲現象之研究’， ‘中華民國第十七屆中國機械工程全國學術研討會論文集第三冊上集(固力與設計) ’2000, pp.45-52.
20. 邱以泰、錢志回、蔡明郎、張志方， ‘全像干涉術應用於半導體構裝經IR-reflow過程中在不同溫昇速率及停留溫高下翹曲之研究’， ‘中華民國力學學會第二十四屆全國力學會議論文集’， 2000,pp.48-55.
21. 黃明哲,姜亦震 , ‘電子構裝QFP與PBGA之MOIRÉ干涉熱應變量測’ , ‘中國機械工程學會第十四屆學術研討會論文集’ , 1997 , pp. 323-330. ’
22. Yarom Polsky﹐Walter Sutherlin﹐and I﹒Charles Ume﹐“A Comparison of PWB Warpage Due to Simulated Infrared and Wave Soldering Process”﹐IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing﹐Vol.23﹐No﹒3﹐July 2000﹐pp.191-199.
23. 黃昭彰 , 蔡振榮 , 吳恩柏 , ‘多晶片塑封球柵陣列構裝之翹曲量測與分析’ , ‘中華民國力學學會第二十三屆全國力學會議論文集’, 1999, pp.225-232.
24. C﹒R﹒Rao, ‘Factorial Experiments Derivable from Combinational Arrangements of Arrays’, Journal of Royal Statistical Society Series B, vol.9, 1947,pp.128-139.
25. G.Taguchi, ‘Off-line and On-Line Quality Control System’, International Conference on Quality Control, 1978.