POP堆疊芯片的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模擬研究.pdf

1、由于電子科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日益加速，不斷向小型化、高密度化、高智能化發(fā)展。產(chǎn)品外形尺寸與元器件尺寸不斷變小，然而元器件數(shù)量卻呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，因此設(shè)計(jì)方向從電路板平面空間向立體空間轉(zhuǎn)移。堆疊封裝Package-On-Package(POP)的出現(xiàn)恰恰滿足了這種要求。POP封裝將邏輯和存儲(chǔ)器件集成在同一封裝體內(nèi)。通過(guò)焊球?qū)崿F(xiàn)上下封裝連接，節(jié)約了PCB上的空間和元器件之間的運(yùn)算時(shí)間。本文針對(duì)POP堆疊芯片進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和模擬

2、的研究，主要工作如下:
　　 理論研究了POP堆疊封裝結(jié)構(gòu)以及POP封裝裝配和堆疊工藝過(guò)程。選用Amkor公司的POP堆疊芯片作為研究對(duì)象，通過(guò)電阻應(yīng)變片實(shí)時(shí)測(cè)量POP堆疊芯片的塑封表面和PCB板在0℃～100℃熱循環(huán)條件下的應(yīng)變情況;利用POP底部焊點(diǎn)矩陣構(gòu)建菊花鏈電阻回路，測(cè)量各焊點(diǎn)回路經(jīng)過(guò)多個(gè)熱循環(huán)周期后的電阻變化情況，推斷焊點(diǎn)的壽命周期;利用有限元軟件ANSYS建立POP堆疊芯片的四分之一模型，加載與實(shí)驗(yàn)相同的熱循環(huán)曲線

3、，分析POP封裝在熱循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變，并通過(guò)累積蠕變壽命預(yù)測(cè)模型對(duì)POP封裝的壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，將模擬的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和模擬的正確性，比較實(shí)驗(yàn)和模擬分別得到的預(yù)測(cè)壽命，分析兩者之間的差異。
　　 實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明POP堆疊封裝塑封表面和PCB板在熱循環(huán)條件下總體的變化趨勢(shì)有一定的區(qū)別。保溫過(guò)程中應(yīng)變變化不大，升降溫過(guò)程中應(yīng)變變化非常的大;模擬結(jié)果表明由于POP內(nèi)部各材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了應(yīng)

4、力集中的現(xiàn)象。整個(gè)封裝體變形位移最大發(fā)生在PCB板上，位移呈現(xiàn)環(huán)狀分布，距離芯片越遠(yuǎn)，位移越大。熱循環(huán)過(guò)程中主要的應(yīng)力都集中在POP封裝的芯片和焊點(diǎn)矩陣上。底部焊點(diǎn)的最大應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生在最外側(cè)的焊球上，模擬的POP封裝體表面的應(yīng)變分布結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果上基本一致。但是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線有一定的延時(shí)性，這是由于實(shí)驗(yàn)中的溫度延遲造成的，利用蠕變累積壽命預(yù)測(cè)模型對(duì)封裝整體的壽命進(jìn)行分析計(jì)算，與菊花鏈測(cè)試的結(jié)果相比較，兩者較為接近。