疊層CSP的熱-機械可靠性分析及參數(shù)最優(yōu)化組合.pdf

1、系統(tǒng)級封裝是將多個不同功能的芯片、記憶體芯片及無源元件,通過封裝工藝達到系統(tǒng)集成的目的。可以實現(xiàn)集成性和多功能性的多芯片組件封裝(MultiChip Package)是未來發(fā)展的趨勢。多芯片疊層的3D封裝方式可以節(jié)省空間,增進電性效能,提高功能的集成性,減小印刷電路板的面積以及降低成本。由于封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊點需要承受更多的來自芯片及基板間的熱應(yīng)力,變形行為變的更為復(fù)雜,甚至可能導(dǎo)致焊點的疲勞破壞。
　　本文在國家自然科學(xué)基金項目“

2、微電子封裝中的界面層裂失效和界面強度可靠性設(shè)計方法”的資助下,針對系統(tǒng)級封裝器件熱機械可靠性問題及其參數(shù)優(yōu)化組合方面進行了探討。主要內(nèi)容包括:
　　基于DMA實驗數(shù)據(jù),利用EMC材料的廣義Maxwell Model模型及WLF公式確定松弛模量主曲線,通過WLF公式確定溫度T與溫度轉(zhuǎn)移因子aT之間的關(guān)系,求得模擬所需的剪切松弛系數(shù)Gn和體積松弛系數(shù)Kn。
　　采用有限元軟件MARC對疊層封裝器件進行熱-機械模擬,研究了不同網(wǎng)格

3、劃分時數(shù)值模擬的收斂性,探討了熱循環(huán)載荷下焊點的熱-機械塑性力學(xué)行為,并分析了疊層CSP封裝體的翹曲情況。
　　通過一次一因子法,探討了環(huán)氧樹脂(Epoxy Molding Compound)的熱膨脹系數(shù)及楊氏模量、芯片配置各自對焊點疲勞壽命的影響,當EMC的熱膨脹系數(shù)與基板的熱膨脹系數(shù)接近,或EMC的楊氏模量較高,或芯片厚度較高,或芯片大小較小時,封裝體的疲勞壽命比較高。
　　使用田口方法進一步對上述參數(shù)進行優(yōu)化組合。首先

4、,選擇合適的直交表,按照直交表利用MARC有限元軟件對焊點的疲勞壽命進行預(yù)測,對模擬結(jié)果的信噪比進行分析,發(fā)現(xiàn)EMC的熱膨脹系數(shù)對信噪比的影響最大;然后,對實驗結(jié)果進行了變異分析,計算各因子的變異量、總變異量的平方和及其自由度,經(jīng)過兩次誤差統(tǒng)合,發(fā)現(xiàn)EMC的熱膨脹系數(shù)為最有影響力的因子;最后對最佳設(shè)計參數(shù)進行實驗驗證,發(fā)現(xiàn)最佳設(shè)計參數(shù)比原始設(shè)計參數(shù)的焊點疲勞壽命有顯著提高。
　　由于疊層芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜,結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)較多,傳統(tǒng)的