本發(fā)明是有關(guān)于一種電子構(gòu)件的應(yīng)力估算方法，且特別是有關(guān)于一種電子構(gòu)件的擴(kuò)散(propagating)應(yīng)力估算方法。
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)體封裝過程中，芯片通常是配置在基板上，且多以導(dǎo)電凸塊(如錫球)作為芯片與基板的接合介質(zhì)。導(dǎo)電凸塊的接合方式雖然成本低且容易制作，但接合界面的熱膨脹系數(shù)不同，系統(tǒng)操作時(shí)溫度或電壓反復(fù)變化造成的疲勞效應(yīng)，是形成芯片接合點(diǎn)破壞的主因。疲勞破壞可以分為機(jī)械式疲勞破壞或熱疲勞破壞。機(jī)械式疲勞破壞是因不斷的形變與動(dòng)作，造成機(jī)械強(qiáng)度的降低。熱疲勞破壞則是因?yàn)閮山缑嬷g的熱膨脹系數(shù)匹配不佳，造成高溫及低溫時(shí)產(chǎn)生微小形變而互相拉扯，長期影響下容易產(chǎn)生界面剝離的現(xiàn)象。如此一來，芯片和其下的基板都會(huì)受損，進(jìn)而導(dǎo)致芯片封裝結(jié)構(gòu)的效能及可靠度的降低。承上，目前大多是利用有限元素模擬的方式來估算半導(dǎo)體封裝中導(dǎo)電凸塊在特定溫度或電壓變化條件下所產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)而預(yù)估導(dǎo)電凸塊的壽命，然而有限元素模擬的計(jì)算過程復(fù)雜而會(huì)耗費(fèi)大量運(yùn)算時(shí)間。因此，如何快速地預(yù)估半導(dǎo)體封裝中導(dǎo)電凸塊的應(yīng)力及壽命為所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中的重要議題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種電子構(gòu)件的應(yīng)力估算方法，可快速地預(yù)估電子構(gòu)件的導(dǎo)電凸塊的擴(kuò)散應(yīng)力。本發(fā)明的電子構(gòu)件的應(yīng)力估算方法包括以下步驟。提供電子構(gòu)件，包括第一元件、第二元件及多個(gè)導(dǎo)電凸塊，其中各導(dǎo)電凸塊具有相對(duì)的兩表面，兩表面分別連接第一元件及第二元件，各導(dǎo)電凸塊與相鄰的另一導(dǎo)電凸塊之間具有間距，這些導(dǎo)電凸塊包括第一導(dǎo)電凸塊及多個(gè)第二導(dǎo)電凸塊。計(jì)算第一導(dǎo)電凸塊在測(cè)試條件參數(shù)下的應(yīng)力值。依據(jù)第一計(jì)算公式計(jì)算各第二導(dǎo)電 凸塊在測(cè)試條件參數(shù)下的應(yīng)力值，其中第一計(jì)算公式為σ2為各第二導(dǎo)電凸塊的應(yīng)力值，L為各第二導(dǎo)電凸塊與第一導(dǎo)電凸塊之間的直線距離，D為這些導(dǎo)電凸塊的這些間距的平均值，r為各表面的半徑，σ1為第一導(dǎo)電凸塊的應(yīng)力值?；谏鲜?，在本發(fā)明的應(yīng)力估算方法中，第一計(jì)算公式的估算概念在于，導(dǎo)電凸塊所受應(yīng)力會(huì)以第一導(dǎo)電凸塊為中心逐漸向周圍的這些第二導(dǎo)電凸塊擴(kuò)散累積，故距離第一導(dǎo)電凸塊越遠(yuǎn)的第二導(dǎo)電凸塊，其累積的擴(kuò)散應(yīng)力越大。依此概念，本發(fā)明先依據(jù)所設(shè)定的測(cè)試條件參數(shù)計(jì)算出電子構(gòu)件中單一導(dǎo)電凸塊(即所述第一導(dǎo)電凸塊)的應(yīng)力值σ1，然后將此應(yīng)力值σ1代入上列第一計(jì)算公式就可推算出其他各導(dǎo)電凸塊(即所述第二導(dǎo)電凸塊)相關(guān)于此測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ2。由此，不需利用計(jì)算過程復(fù)雜而會(huì)耗費(fèi)大量運(yùn)算時(shí)間的有限元素模擬，就能夠快速計(jì)算出所有導(dǎo)電凸塊的應(yīng)力值而有效率地估算電子構(gòu)件的壽命。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。附圖說明圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的電子構(gòu)件的俯視圖；圖2是圖1的電子構(gòu)件沿I-I線的剖面圖；圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的電子構(gòu)件的應(yīng)力估算方法流程圖；圖4示出圖3的測(cè)試條件；圖5示出圖1的第二導(dǎo)電凸塊的潛變應(yīng)變率隨時(shí)間變化；圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的電子構(gòu)件的局部剖面圖。附圖標(biāo)記說明：100、100’：電子構(gòu)件；110：第一元件；110a、120a：周緣；120：第二元件；130：導(dǎo)電凸塊；132：第一導(dǎo)電凸塊；134：第二導(dǎo)電凸塊；140：封裝膠體；D：間距；h：距離；LT：壽命；r：半徑；S：表面；S602～S606：步驟。具體實(shí)施方式請(qǐng)參考圖1至圖3，本實(shí)施例的電子構(gòu)件的應(yīng)力估算方法步驟如下。首先，提供如圖1及圖2所示的電子構(gòu)件100，電子構(gòu)件100包括第一元件110、第二元件120及多個(gè)導(dǎo)電凸塊130，各導(dǎo)電凸塊130具有相對(duì)的兩表面S，兩表面S分別連接并接觸第一元件110及第二元件120，各表面的半徑為r。各導(dǎo)電凸塊130與相鄰的另一導(dǎo)電凸塊130之間具有間距，這些導(dǎo)電凸塊130的這些間距的平均值為D(步驟S602)。本實(shí)施例中，電子構(gòu)件100例如是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，第一元件110及第二元件120例如是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的基板及芯片。然而本發(fā)明不以此為限。此外，本實(shí)施例中，這些導(dǎo)電凸塊130例如是等距地排列而使這些導(dǎo)電凸塊130的這些間距值皆為D。然而本發(fā)明不以此為限，在其他實(shí)施例中，這些導(dǎo)電凸塊130可為不規(guī)則排列而具有各種不同大小間距，且這些間距的平均值為D。為便于說明本實(shí)施例的應(yīng)力估算方法，將上述導(dǎo)電凸塊130區(qū)分為中央的第一導(dǎo)電凸塊132及圍繞第一導(dǎo)電凸塊132的多個(gè)第二導(dǎo)電凸塊134。亦即，導(dǎo)電凸塊130包括第一導(dǎo)電凸塊132及多個(gè)第二導(dǎo)電凸塊134；第一導(dǎo)電凸塊132例如是位于電子構(gòu)件100的幾何中心的導(dǎo)電凸塊，第二導(dǎo)電凸塊134分布于第一導(dǎo)電凸塊132與電子構(gòu)件100的周緣之間，所述周緣例如是第一元件110的周緣110a或第二元件120的周緣120a。接著，計(jì)算第一導(dǎo)電凸塊132相關(guān)于測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ1(步驟S604)，所述測(cè)試條件參數(shù)例如是依據(jù)對(duì)電子構(gòu)件100施加溫度循環(huán)變化、電壓循環(huán)變化或其他種類測(cè)試條件所訂定的參數(shù)，本發(fā)明不對(duì)此加以限制。亦即，本實(shí)施例的測(cè)試條件參數(shù)可為溫度變化量、電壓變化量或其他測(cè)試條件 值的變化量。然后，基于所計(jì)算出的第一導(dǎo)電凸塊132的應(yīng)力值σ1，依據(jù)第一計(jì)算公式計(jì)算各第二導(dǎo)電凸塊134相關(guān)于所述測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ2，其中第一計(jì)算公式為σ2如上所述為各第二導(dǎo)電凸塊134的應(yīng)力值，L如上所述為各第二導(dǎo)電凸塊134與第一導(dǎo)電凸塊132之間的直線距離，D如上所述為這些導(dǎo)電凸塊130的所述間距的平均值，r如上所述為各表面S的半徑，σ1如上所述為第一導(dǎo)電凸塊132的應(yīng)力值(步驟S606)。第一計(jì)算公式的估算概念在于，導(dǎo)電凸塊130所受應(yīng)力會(huì)以第一導(dǎo)電凸塊132為中心逐漸向周圍的這些第二導(dǎo)電凸塊134擴(kuò)散累積，故距離第一導(dǎo)電凸塊132越遠(yuǎn)的第二導(dǎo)電凸塊134，其累積的擴(kuò)散應(yīng)力越大。依此概念，本實(shí)施例先依據(jù)所設(shè)定的測(cè)試條件參數(shù)計(jì)算出電子構(gòu)件100中單一導(dǎo)電凸塊130(即第一導(dǎo)電凸塊132)的應(yīng)力值σ1，然后將此應(yīng)力值σ1代入上列第一計(jì)算公式就可推算出其他各導(dǎo)電凸塊130(即第二導(dǎo)電凸塊134)相關(guān)于此測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ2。由此，不需利用計(jì)算過程復(fù)雜而會(huì)耗費(fèi)大量運(yùn)算時(shí)間的有限元素模擬，就能夠快速計(jì)算出所有導(dǎo)電凸塊130的應(yīng)力值而有效率地估算電子構(gòu)件100的壽命。在圖3所示的步驟S604中，例如是依據(jù)第二計(jì)算公式計(jì)算第一導(dǎo)電凸塊132相關(guān)于所述測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ1，其中第二計(jì)算公式為Esolder為各導(dǎo)電凸塊130的楊氏模量，為各導(dǎo)電凸塊130的泊松比，Δα為第一元件110的熱膨脹系數(shù)與第二元件120的熱膨脹系數(shù)的差值，h為第一元件110與第二元件120之間的距離。此外，ΔT為依據(jù)對(duì)電子構(gòu)件100施加溫度循環(huán)變化、電壓循環(huán)變化或其他種類測(cè)試條件所訂定的測(cè)試條件參數(shù)，以下通過圖4對(duì)此舉例說明。如圖4所示，本實(shí)施例的測(cè)試條件為對(duì)電子構(gòu)件100施加溫度循環(huán)變化，而所述ΔT為依此溫度循環(huán)變化所訂定的參數(shù)。此溫度循環(huán)變化變化的周期例如是60分鐘，且其最高溫度及最低溫度例如分別是攝氏125度及攝氏-40度。在其他實(shí)施例中，溫度循環(huán)變化可設(shè)定為其他適當(dāng)周期、其他適當(dāng)溫度變化量與溫度值，本發(fā)明不對(duì)此加以限制。此外，測(cè)試條件也可改為對(duì)電子構(gòu)件100施加電壓循環(huán)變化或其他種類測(cè)試條件，并據(jù)以訂定測(cè)試條件參數(shù)，本發(fā)明不對(duì)此加以限制。以下詳細(xì)說明圖3所示步驟S606中第一計(jì)算公式的估算概念。為了便于 說明，將圖1的X軸與Y軸相交處的第一導(dǎo)電凸塊132的坐標(biāo)位置及應(yīng)力值σ1分別定義為(0，0)及σ(0,0)，X軸與Y軸所形成的二維坐標(biāo)中的各第二導(dǎo)電凸塊134的坐標(biāo)位置及應(yīng)力值σ2分別定義為(i，j)及σ(i,j)，其中X軸上的各第二導(dǎo)電凸塊134的應(yīng)力值σ2為σ(i,0)，Y軸上的各第二導(dǎo)電凸塊134的應(yīng)力值σ2為σ(0,j)。i的絕對(duì)值或j的絕對(duì)值越大代表對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電凸塊134距離第一導(dǎo)電凸塊132越遠(yuǎn)。承上，由于導(dǎo)電凸塊130所受應(yīng)力會(huì)以第一導(dǎo)電凸塊132為中心逐漸向周圍的這些第二導(dǎo)電凸塊134擴(kuò)散累積，使距離第一導(dǎo)電凸塊132最遠(yuǎn)的第二導(dǎo)電凸塊134累積越大應(yīng)力，故可依此擴(kuò)散概念將σ(i,0)近似為N1σ(0,0)，將σ(0,j)近似為N2σ(0,0)，σ(i,j)的幾何關(guān)系為其中N1及N2分別等于及Δx等于X軸上的對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電凸塊134至第一導(dǎo)電凸塊132的距離，而Δy等于Y軸上的對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電凸塊134至第一導(dǎo)電凸塊132的距離。依上述近似方式進(jìn)行算式推導(dǎo)，可得到計(jì)算公式其等同于圖3所示步驟S606中的第一計(jì)算公式σ2=LD-2rσ1.]]>在本實(shí)施例中，還依據(jù)各第二導(dǎo)電凸塊134的應(yīng)力值σ2估算各第二導(dǎo)電凸塊134的壽命，具體方式如下?；诟鞯诙?dǎo)電凸塊134的應(yīng)力值σ2，依據(jù)第三計(jì)算公式計(jì)算各第二導(dǎo)電凸塊的潛變應(yīng)變率，其中第三計(jì)算公式為ε為各第二導(dǎo)電凸塊的潛變應(yīng)變率，ϵ·tota1=DL0d2(e-QNHkT(t)+DG0δDL0de-QCkT(t))exp(-QfkT(t))sinh(δ2ΩkT(t)),]]>δϵ·trasn=1η{ϵ·(t′+ηP)-ϵ·(t′)},]]>DL0為晶格擴(kuò)散常數(shù)，d為晶粒直徑，QNH為納貝-西林形式的空穴遷移化學(xué)能，DG0為晶界擴(kuò)散常數(shù)，δ為等效晶界寬度，QC為科布爾形式的空穴遷移化學(xué)能，Qf為空穴形成化學(xué)能，k為波茲曼常數(shù)，Ω為原子體積，P為測(cè)試條件周期數(shù)，η為測(cè)試條件周期百分比參數(shù)，T(t)及測(cè)試條件函數(shù)。其中，T(t)及例如是對(duì)應(yīng)于圖4所示測(cè)試條件的函數(shù)，圖4的溫度循環(huán)函數(shù)的單一周期為60分鐘并區(qū)分為四個(gè)15分鐘的單一溫度條件區(qū)段，亦即，單一溫度條件區(qū)段的時(shí)間長度為單一周期時(shí)間長度的0.25倍，而所述測(cè)試條件周期百分比參數(shù)η則依此定義為0.25。圖5示出圖1的第二導(dǎo)電凸塊的潛變應(yīng)變率隨時(shí)間變化。依上述第三計(jì) 算公式可計(jì)算出各第二導(dǎo)電凸塊134在各時(shí)間點(diǎn)的潛變應(yīng)變率ε，其例如為圖5所示，并可據(jù)以判斷各第二導(dǎo)電凸塊134的壽命。舉例來說，第二導(dǎo)電凸塊134的潛變應(yīng)變率ε上升至50％即視為失效，故可將其壽命預(yù)估為對(duì)應(yīng)的LT。下列為依據(jù)上述方式所預(yù)估的導(dǎo)電凸塊壽命與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較表，其中例如是以Esolder等于22Gpa、等于0.35、D等于1毫米、h等于0.12毫米、Δα等于17.6ppm/℃配合圖4所示測(cè)試條件進(jìn)行預(yù)估以及實(shí)驗(yàn)，并以圖1中的位于坐標(biāo)(2，2)、(4，3)、(6，5)的第二導(dǎo)電凸塊134的預(yù)估及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。坐標(biāo)預(yù)估壽命值(小時(shí))實(shí)驗(yàn)壽命值(小時(shí))(2，2)438450(4，3)206200(6，5)9395由上列比較表可看出，經(jīng)由本實(shí)施例上述方式所預(yù)估的導(dǎo)電凸塊的壽命，其與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異不大且合乎預(yù)期。圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的電子構(gòu)件的局部剖面圖。圖6所示電子構(gòu)件100’與圖2所示電子構(gòu)件100的差異在于，電子構(gòu)件100’還包括封裝膠體140，封裝膠體140配置于第一元件110與第二元件120之間且覆蓋這些導(dǎo)電凸塊130?；诖伺渲蒙系牟町?，則以第四計(jì)算公式取代所述第一計(jì)算公式來計(jì)算各第二導(dǎo)電凸塊134相關(guān)于所述測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ2，其中第四計(jì)算公式為σ2=LD-2r(σ1-(Esolderαsolder+Eunderfillαunderfill)ΔT),]]>Eunderfill為封裝膠體的楊氏模量，αunderfill為封裝膠體的熱膨脹系數(shù)，而D、r、L、Esolder、αsolder、ΔT的定義如前述。綜上所述，在本發(fā)明的應(yīng)力估算方法中，第一計(jì)算公式的估算概念在于，導(dǎo)電凸塊所受應(yīng)力會(huì)以第一導(dǎo)電凸塊為中心逐漸向周圍的這些第二導(dǎo)電凸塊擴(kuò)散累積，故距離第一導(dǎo)電凸塊越遠(yuǎn)的第二導(dǎo)電凸塊，其累積的擴(kuò)散應(yīng)力越大。依此概念，本發(fā)明先依據(jù)所設(shè)定的測(cè)試條件參數(shù)計(jì)算出電子構(gòu)件中單一導(dǎo)電凸塊(即所述第一導(dǎo)電凸塊)的應(yīng)力值σ1，然后將此應(yīng)力值σ1代入上列第一計(jì)算公式就可推算出其他各導(dǎo)電凸塊(即所述第二導(dǎo)電凸塊)相 關(guān)于此測(cè)試條件參數(shù)的應(yīng)力值σ2。由此，不需利用計(jì)算過程復(fù)雜而會(huì)耗費(fèi)大量運(yùn)算時(shí)間的有限元素模擬，就能夠快速計(jì)算出所有導(dǎo)電凸塊的應(yīng)力值而有效率地估算電子構(gòu)件的壽命。最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3