芯片尺寸封裝（CSP）的熱應力及熱失效分析研究.pdf

1、電子器件封裝以尺寸最小化和電互連密度最大化為特征，被譽為新一代封裝-芯片尺寸封裝(CSP)的產生，雖然間距尺寸和體積很小，但也存在一些問題。當前國內外關于芯片尺寸封裝的試驗研究還很少，基本還處于計算機模擬階段。 本文首先總結了芯片尺寸封裝幾種結構類型和常見的失效機理，據此選擇一種特定的芯片尺寸封裝產品-CSP-SOC，利用ANSYS軟件分別建立CSP-SOC有限元2D 1/2截面模型和3D 1/4模型，模擬CSP-SOC封裝在標

2、準工業(yè)熱循環(huán)溫度-40℃～125℃條件下，并運用APDL程序命令實現周期溫度載荷的控制，得到上述溫度循環(huán)條件下產生的熱應力應變情況。然后從材料、設計等方面進行參數分析，同時對2D和3D結果進行線性和非線性分析比較，結合當前已有類似封裝參考實驗結果作熱失效、壽命預測分析，改進并得到一種新的簡化壽命預測方程，為今后的高密度封裝奠定良好的基礎。 研究結果表明封裝本身由于各材料之間的熱膨脹系數(CTE)不同，會產生熱應力和應力集中現象，

3、當強度低于熱應力時候就會發(fā)生失效。封裝整體變形位移最大在PCB板上。對焊球來說，應力應變最大發(fā)生在靠近外側焊球上。對3D模型，由于多考慮了一個方向，發(fā)現整體彈性應變最大靠近焊球與基板結合處，填膠應變最小。整體封裝應力應變最大發(fā)生在芯片邊緣區(qū)域，靠近環(huán)氧樹脂填充物和填膠，這也證明了CSP-SOC焊球放四周，避免放置芯片的下面的優(yōu)點和結構的合理性。從應力應變分布結果和已有類似封裝熱循環(huán)試驗對比，結果基本一致。對2D模型，雖不能看出另一方向應

4、力應變，但從變形位移隨時間變化圖上，清晰的看出焊球最大變化位移隨時間在X方向平穩(wěn)上升，Y方向變化由于溫度影響比較明顯，出現陡增陡減后，第三個循環(huán)后趨于平穩(wěn)。PCB應力應變在溫度變化開始時隨時間變化較大，后趨于平穩(wěn)，這也驗證PCB在工作時能為焊球和基板提供良好的支撐作用。 借助以能量為基礎的疲勞模型和一種簡化模型對焊球和封裝整體壽命分析計算，結果對比表明，前者計算過程較復雜，但和后者壽命預測差別不是很大。改進并得到一種簡化壽命預測