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研究生： 劉豫文
LIU, YU-WEN
論文名稱： 以相位移陰影雲紋法探討電子構裝體受機械加工後之翹曲行為
Investigation of Warpage of Electronic Packagings After Machining by Phase-Shifting Shadow Moire Method
指導教授： 王偉中
WANG, WEI-CHUNG
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2001
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 80
中文關鍵詞： 陰影雲紋法 、相位移式陰影雲紋法 、多層封裝 、翹曲 、塑封球陣列封裝 、機械加工
外文關鍵詞： PBGA
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    • 在本研究中，以相位移式陰影雲紋法來探討電子構裝體受機械加工後翹曲行為的變化情形。並將對無機械加工試片與已機械加工完成試片進行交叉比對，比較其在經過模擬昇溫製程和熱循環測試後的翹曲情形。
    在本文中將對如何架設相位移式陰影雲紋法作一簡單介紹，並提出新型多層結構的封裝方式，使得電子構裝體在昇溫中減少翹曲的產生。因此在本文中將包含數值運算與實驗部分，實驗部分為觀察經過機械加工後的電子構裝試片在高溫下的翹曲變化與應力釋放情形，數值運算部分則利用商用有限元素分析軟體ANSYS來探討改變多層封裝中第二封裝材料的彈性模數、熱膨脹係數與波桑比對整體構裝翹曲情形的影響。並在最後探討兩種方式的實用價值與應用方式。

    目 錄 一、前言 1 二、文獻回顧 4 三、理論 6 3-1 陰影雲紋法 6 3-2 陰影雲紋法之相位移原理 7 四、實驗裝置與試片 11 4-1 實驗裝置 11 4-1.1 光學裝置 11 4-1.2 溫控設備 11 4-1.3 相位移式陰影雲紋儀 12 4-1.4 即時影像處理系統 12 4-2 試片規劃 13 4-2.1 應力釋放 13 五、實驗程序 14 六、結果與討論 18 6-1 數值運算 18 6-1.1 彈性模數 19 6-1.2 熱膨脹係數 21 6-1.3 波桑比 23 6-2 應力釋放 24 6-2.1 模擬再昇溫製程 24 6-2.2 熱循環測試 25 七、結論 27 八、未來展望 30 九、參考文獻 32 附錄A 消除試片剛體旋轉效應之方式 79 表 目 錄 表一 PBGA試片規格表 78 表二 PBGA試片各部份之材料性質 78 表三 數值建模尺寸 78 圖 目 錄 圖一 陰影雲紋法示意圖 35 圖二 相位移式陰影雲紋儀 35 圖三 精密移動滑台 36 圖四 測微計 36 圖五 PBGA試片圖 37 圖六 無機械加工試片實體圖 37 圖七 經過機械加工後一字型PBGA試片圖 38 (a) 一字型機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後一字型試片實體圖 圖八 經過機械加工後十字型PBGA試片圖 39 (a) 十字型機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後十字型試片實體圖 圖九 經過機械加工後單斜線PBGA試片圖 40 (a) 單斜型機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後單斜型試片實體圖 圖十 經過機械加工後交叉型PBGA試片圖 41 (a) 交叉型機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後交叉型試片實體圖 圖十一 經過機械加工後十字五孔PBGA試片圖 42 (a) 十字五孔機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後十字五孔試片實體圖 圖十二 經過機械加工後25孔PBGA試片圖 43 (a) 25孔機械加工試片示意圖 (b) 經過機械加工後25孔試片實體圖 圖十三 相位移式陰影雲紋法光路圖 44 圖十四 平板試片圖 45 圖十五 平板試片實驗條紋圖與去除雜訊後實驗條紋圖 46 (a) 第一張影像 (b) 相位移 π第二張影像 (c) 相位移 π第三張影像 (d) 去除雜訊後的第一張影像 (e) 去除雜訊後的第二張影像 (f ) 去除雜訊後的第三張影像 圖十六 平板試片相位圖 47 圖十七 重建平板試片三維曲面圖 47 圖十八 消除平板試片的剛體旋轉效應後重建試片的 三維曲面圖 48 圖十九 熱循環測試之溫度-時間關係圖 48 圖二十 PBGA主要構造圖 49 圖二十一 多層封裝示意圖 49 圖二十二 多層封裝同一層中不同之封裝材料做幾何形狀的 結合之示意圖 50 圖二十三 L型封裝數值模型圖 50 圖二十四 夾層型封裝數值模型圖 51 圖二十五 上層型封裝數值模型圖 51 圖二十六 改變第二封裝材料L型部分的彈性模數對 PBGA構裝體所產生的翹曲變化量 52 (a) = 1 (b) = 2 (c) = 3 (d) = 4 (e) = 5 (f ) = 6 (g) = 7 (h) = 8 圖二十七 L型封裝翹曲值與 值關係圖 53 圖二十八 改變夾層型封裝第二封裝材料的彈性模數對 PBGA構裝體所產生的翹曲變化量 54 (a) = 1 (b) = 2 (c) = 3 (d) = 4 (e) = 5 (f ) = 6 (g) = 7 (h) = 8 (i) = 9 (j) = 10 圖二十九 夾層型封裝翹曲值與 關係圖 55 圖三十 改變上層型封裝第二封裝材料的彈性模數對 PBGA構裝體所產生的翹曲變化量 56 (a) = 1 (b) = 2 (c) = 3 (d) = 4 (e) = 5 (f ) = 6 (g) = 7 (h) = 8 (i) = 9 (j) = 10 圖三十一 上層型封裝翹曲值與 值關係圖 57 圖三十二 上層型封裝與夾層型封裝的翹曲值與 值關係比較圖 58 圖三十三 改變第二封裝材料L型部分之熱膨脹係數 (CTE=8~19 ppm) 所得到之翹曲情形 59 (a) CTE=8 (b) CTE=9 (c) CTE=10 (d) CTE=11 (e) CTE=12 (f ) CTE=13 (g) CTE=14 (h) CTE=15 (i ) CTE=16 (j ) CTE=17 (k) CTE=18 (l ) CTE=19 圖三十四 L型封裝翹曲值與CTE關係圖 61 圖三十五 改變夾層型封裝第二封裝材料之熱膨脹係數 (CTE=10~19 ppm)所得到之翹曲情形 62 (a) CTE=10 (b) CTE=11 (c) CTE=12 (d) CTE=13 (e) CTE=14 (f ) CTE=15 (g) CTE=16 (h) CTE=17 (i ) CTE=18 (j ) CTE=19 圖三十六 改變上層型封裝第二封裝材料之熱膨脹係數 (CTE=10~19 ppm)所得到之翹曲情形 63 (a) CTE=10 (b) CTE=11 (c) CTE=12 (d) CTE=13 (e) CTE=14 (f ) CTE=15 (g) CTE=16 (h) CTE=17 (i ) CTE=18 (j ) CTE=19 圖三十七 上層型封裝與夾層型封裝翹曲值與 CTE值關係比較圖 65 圖三十八 改變上層型封裝第二封裝材料之波桑比 (ν=0.15~0.4)所得到之翹曲情形 66 (a) ν =0.15 (b) ν =0.2 (c) ν =0.25 (d) ν =0.3 (e) ν =0.35 (f ) ν =0.4 圖三十九 夾層型封裝與上層型封裝翹曲值與 波桑比關係之比較圖 67 圖四十 無機械加工試片模擬再昇溫製程前之實驗影像 68 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖四十一 無機械加工試片在模擬再昇溫製程前三維曲面圖 68 圖四十二 無機械加工試片模擬再昇溫製程後之實驗影像 69 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖四十三 無機械加工試片在模擬再昇溫製程後三維曲面圖 69 圖四十四 十字型機械加工試片在模擬再昇溫製程後 實驗影像與相位圖 70 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖四十五 十字型機械加工試片在模擬再昇溫製程後 翹曲三維曲面圖 70 圖四十六 交叉型加工試片在模擬再昇溫製程後 實驗影像與相位圖 71 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖四十七 交叉型加工試片在模擬再昇溫製程後 翹曲三維曲面圖 71 圖四十八 直五孔加工試片在模擬再昇溫製程後 實驗影像圖與相位圖 72 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖四十九 直五孔加工試片在模擬再昇溫製程後 翹曲三維曲面圖 72 圖五十 無機械加工試片在熱循環測試後 實驗影像與相位圖 73 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖五十一 無機械加工試片在熱循環測試後翹曲三維曲面圖 73 圖五十二 一字型加工試片在熱循環測試後 實驗影像與相位圖 74 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖五十三 一字型加工試片在熱循環測試後翹曲三維曲面圖 74 圖五十四 單斜線加工試片在熱循環測試後 實驗影像與相位圖 75 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖五十五 單斜線加工試片在熱循環測試後翹曲三維曲面圖 75 圖五十六 交叉型加工試片在熱循環測試後 實驗影像與相位圖 76 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖五十七 交叉型加工試片在熱循環測試後 翹曲三維曲面圖 76 圖五十八 25孔加工試片在熱循環測試後 實驗影像與相位圖 77 (a) 實驗影像 (b) 相位圖 圖五十九 25孔加工試片在熱循環測試後翹曲三維曲面圖 77

    九、參考文獻
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