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叠层芯片封装(SCSP)作为三维封装的一种形式,在手机、数码相机等便携式数字电子产品中应用非常广泛。虽说SCSP有着许多优点,但其可靠性问题是值得深入研究。湿热-机械应力对叠层芯片封装的可靠性影响是一个主要的研究问题。在塑料封装中,聚合物材料吸收湿气所引起的机械应力对塑料封装的可靠性受到极大的影响。封装材料由吸湿所引起的湿膨胀以及在回流焊过程中产生的热应力对封装的完整性和可靠性有着重要的影响。因此,研究叠层芯片封装中的湿热分布以及可靠性影响是非常重要的。本文主要利用实验以及有限元分析方法探讨了SCSP封装在湿热环境下的可靠性问题。本文对双层芯片的SCSP封装进行了湿气吸附、解吸附以及回流焊实验。对实验中得到的湿气扩散特征进行分析,并对湿气扩散特征参数进行计算。在实验中发现叠层芯片封装的吸湿过程存在着Non-Fickian扩散行为,这可能是由于在扩散过程中存在两阶段扩散。同时利用实验研究了在回流焊中湿热机械应力对叠层芯片封装的界面分层影响,实验结果表明在经过湿气预处理(85℃/85%RH/168h)后,回流焊过程中引入的湿热机械应力对封装的可靠性有着重要影响。利用有限元软件对双层芯片的SCSP封装进行了建模,模型包括湿气扩散以及湿热机械应力模型。对封装进行湿气扩散模拟,研究封装在不同时间的瞬态湿气分布情况。经过168小时湿气预处理后,封装的模塑料和基板材料基本上达到饱和。模拟结果表明,湿应力和热机械应力对封装的可靠性有着重要的影响,在回流焊载荷下,最大应力出现在底层芯片的边角处。因此,叠层封装器件在湿热环境下最容易产生失效问题位于底层结构。最后利用有限元分析方法研究了由吸湿膨胀引起的湿应力和回流焊过程中引入的热应力对超薄叠层芯片封装可靠性的影响。模拟结果表明封装湿应力和热机械应力对超薄叠层芯片封装的可靠性影响也是很大的。对超薄叠层芯片封装进行了优化设计,在一定条件下,增加芯片厚度、减小基板厚度有利于提高可靠性。