COB封装中芯片在基板不同位置的残余应力[2]

　　3 实验结果与讨论

　　3. l 测得不同位置的残余应力分布

　　将取自同一流程、同一硅片上的三个独立应力传感芯片, 分别粘贴在图3 所表明的位置l、2、3上。将测得数据进行处理归纳，绘出图4。

　　图4 芯片粘贴在不同位置时的表面残余应力分布(其中图a, b 对应位置l，图c, d 对应位置2，图e, f 对应位置3)

　　对图4 中的数据进行数理统计，可以得到表l。从表l，可以看到在不同位置的表面正应力差和剪切应力的平均值、标准偏差和最大值。就正应力差而言，在位置l 和位置2 的水平相当，位置l 的平均值和最大值略高于位置2，位置l 的标准偏差略小于位置2，但是位置l 和位置2 的平均值、标准偏差和最大值都远远小于位置3 的对应值。而对于平面剪切应力而言，位置l 和位置2 的标准偏差和最大值比较接近，但是位置l 的平均值高于位置2 的平均值。位置3 的标准偏差都高于位置l 和位置2，平均值介于位置l 和位置2 之间。综上所述，当芯片粘贴在基板的不同位置时，位置l 和位置2 的应力水平和分布状况比较接近，而位置3 的应力水平高于位置l 和位置2，应力分布也更加分散;不同位置在正应力差方面的差异要甚于在剪切应力方面的差异。

　　3. 2 固化和热处理过程中的应力变化曲线

　　实验还对热处理过程中的应力变化作实时记录，作出如下曲线(见图5)。

　　图5 在多次热处理过程中粘贴在不同位置时芯片表面E 点的应力随时间的演化曲线

　　图5 是芯片粘贴在位置2 和位置3 时芯片表面的正应力差在热处理过程中随时间的演化曲线，其中( a) 图对应位置2，( b) 图对应位置3。图中用为了使实验结果具有可比性，这里都考察E 点的正应力差。图中用两条平行的粗线条围成的窗口对应实验中的保温阶段。E 点是芯片靠近角上的一点，所以应力比较集中，变化也比较剧烈。从( a) 图可以看出，在位置2，在固化后的三次热处理过程中应力基本上重复着相同的轨迹，即在升温的过程中应力逐渐释放，在保温阶段应力在零点上下浮动，而在冷却阶段应力积聚，回到起点的水平线上。而在( b) 图中，在位置3，在固化后的热处理过程中，应力变化剧烈。在第一次热处理过程中，在保温大约20min，即70min时，应力突然剧增，从- 20Mpa 增加到- 76Mpa，然后应力在冷却过程中逐渐释放到大约- 40Mpa。在第二次热处理过程中，正应力差发生了更加剧烈的变化，在大约70min 时，应力剧减到大约- 20Mpa，在保温阶段结束后，大约l20min 时，应力突然出现一个峰值，到达- 88MPa，然后正应力差迅速转向为正值，即正应力在相互正交的方向上的分布发生了变化，然后应力又逐渐积聚到大约30MPa。在第三次热处理过程中，应力在升温阶段释放了一部分，在保温阶段比较稳定，但是在冷却阶段应力在冷却的初始阶段出现两个峰值，并在热处理结束时回到了热处理开始时的水平。

　　综上述，可以发现，每一次热处理的应力都是从上一次热处理结束的应力水平开始的，这说明在热处理以后，当芯片在空气中保存的时候，应力变化很小，即在经过热处理以后应力处于一个比较稳定的水平。当芯片粘贴在靠近一边的( 位置2) 时，应力变化在热处理过程中每次都重复着相同的变化趋势，即在升温的时候应力逐渐释放，在保温的时候处于低应力状态，在冷却过程中应力又逐渐积聚。当芯片粘贴在基板中心( 位置1) 时，可以发现相同的规律。当芯片粘贴在靠近一角( 位置3 ) 时，芯片在热处理过程中应力变化剧烈，出现应力“突跳”和“尖点”，因此芯片应该尽量避免粘贴在这一位置。由于粘合剂在加热过程中由固态转化为液态，而在冷却过程中又发生液态向固态的转变，因此，在角位置处由于重心的偏移可能导致粘合剂在芯片和基板材料之间发生形变，对应在应力上，即可能表现为“突跳”和“尖点”。而在基板的中心位置和靠近一边的位置上，不大可能发生类似的重心偏移，所以应力变化表现为连续的。

　　4 结论

　　通过对芯片粘贴在不同位置时芯片表面的残余应力和以及在热处理过程中的应力变化的原位测量，可以得出以下结论：

　　1. 当芯片粘贴在基板中心和靠近一边的位置时粘接剂固化后残余应力分布的平均值、数值的分散性和最大值处于相接近的水平，但和粘贴在靠近一角的位置时应力分布状况不同。粘贴在靠近一角的位置时应力的分散性大，最大值也远远大于粘贴在另外两个位置;应力最大值均分布在芯片最靠近一角的点上。

　　2. 芯片粘贴在中心位置和靠近一边的位置时，应力在热处理过程中随不同的温度制度呈有规律的起伏变化，而粘贴在靠近一角的位置时芯片的应力在热处理过程中变化剧烈，出现“突跳”和“尖点”。

编辑：Cedar