多環(huán)境下硅通孔互連結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)研究.pdf

1、硅通孔(TSV)互連結(jié)構(gòu)的可靠性直接影響三維封裝器件的性能，對 TSV互連結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境下進行可靠性展開研究有著非常重要的意義。本文以采用TSV互連結(jié)構(gòu)的3D-TSV疊層芯片封裝器件為對象，應用有限元數(shù)值仿真點的方法分析了TSV互連結(jié)構(gòu)在隨機振動、熱-結(jié)構(gòu)耦合及溫-振耦合等條件下的可靠性，并對隨機振動條件下 TSV互連結(jié)構(gòu)進行了多因素多目標優(yōu)化設(shè)計。
　　首先，使用 ANSYS軟件建立了采用TSV互連結(jié)構(gòu)的3D-TSV疊層芯片封裝

2、結(jié)構(gòu)有限元模型，分析在隨機振動條件下 TSV互連結(jié)構(gòu)的應力應變響應。研究結(jié)果表明：在隨機振動條件下，位于芯片最遠角點處的 TSV互連結(jié)構(gòu)應力應變最大；TSV高度不僅僅影響TSV互連結(jié)構(gòu)的最大應力應變值，還影響TSV互連結(jié)構(gòu)應力應變的分布規(guī)律，在所選高度范圍內(nèi)，75μm時TSV互連結(jié)構(gòu)的最大應力值最??；微凸點材料為無鉛焊料SAC387時TSV互連結(jié)構(gòu)的隨機振動可靠性優(yōu)于微凸點材料為銅；在所選的四種焊料中，針對微凸點而言，有鉛焊料Sn63P

3、b37本身的隨機振動特性最好，針對整個TSV互連結(jié)構(gòu)體系而言，焊料為SAC387時TSV互連結(jié)構(gòu)的應力應變均為最小，隨機振動性能最佳。
　　然后，正交試驗設(shè)計方差分析得到TSV高度對隨機振動條件下TSV互連結(jié)構(gòu)的等效應力影響顯著，并且得到各個因素影響排序為TSV高度>TSV直徑>微凸點直徑>微凸點高度；基于正交試驗與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合方法的多因素多目標優(yōu)化設(shè)計得到最優(yōu)參數(shù)水平組合為：TSV高度為50μm，TSV直徑為40μm，微凸

4、點高度為10μm，微凸點直徑為70μm；通過與原始模型以及正交試驗表格中各組合的隨機振動分析結(jié)果對比可知，最優(yōu)組合的四種優(yōu)化目標均得到了不同程度的優(yōu)化，因此，通過運用正交試驗和灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合方法實現(xiàn)了TSV互連結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化。
　　最后，對TSV互連結(jié)構(gòu)進行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析和溫-振耦合分析，并對兩種條件下不同尺寸參數(shù)的TSV互連結(jié)構(gòu)可靠性進行分析。研究結(jié)果表明，在TSV互連結(jié)構(gòu)的實際工作和應用過程中，想要獲得更小尺寸更高可靠