微電子芯片封裝工藝的計算機仿真與概率設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)的確定性設(shè)計主要基于載荷的安全系數(shù)法，在設(shè)計中，假設(shè)結(jié)構(gòu)處于最壞情況，引入通過多年試驗總結(jié)出來的安全系數(shù)。這樣的設(shè)計，無法直接考慮到設(shè)計參數(shù)的隨機性，雖然能減少結(jié)構(gòu)失效的概率，但過于保守的設(shè)計也會使材料浪費、結(jié)構(gòu)重量增加和性能降低。相對于傳統(tǒng)的的確定性設(shè)計，概率可靠性設(shè)計很好的解決了產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)計過程中參數(shù)(結(jié)構(gòu)尺寸、材料參數(shù)、載荷)隨機性問題，綜合評估了設(shè)計參數(shù)或假設(shè)條件的不確定性對結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響。
　　 微電子組件

2、和封裝結(jié)構(gòu)在加工或生產(chǎn)過程中，由于受到各種因素的影響，幾何尺寸、材料屬性以及載荷等邊界條件都具有一定的不確定性，概率可靠性設(shè)計可以系統(tǒng)地考慮這些參數(shù)的隨機性問題。因此有必要將概率可靠性設(shè)計引入到微電子芯片封裝工藝的可靠性研究中以解決參數(shù)的隨機性問題。
　　 本文研究了引線鍵合工藝沖擊階段焊盤在沖擊過程中各材料層的應(yīng)力分布，并在此基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面法進行概率可靠性分析，研究鍵合高度、鋁墊厚度以及金屬球直徑這3個隨機參數(shù)對焊盤各材料層

3、應(yīng)力峰值的影響。為了驗證響應(yīng)面法概率分析結(jié)果的可靠性，使用蒙特卡羅法在相同的工況下隨機抽樣200次進行概率可靠性分析。從兩種方法的概率分析結(jié)果中看，焊盤材料層應(yīng)力峰值的分布范圍和分布方式以及隨機輸入?yún)?shù)對應(yīng)力峰值的影響方式和影響程度都較為接近，這說明響應(yīng)面法的概率分析結(jié)果較為可信，響應(yīng)面法所需的計算時間要遠少于蒙特卡羅法的計算時間。
　　 本文同時也研究了晶圓級芯片尺寸封裝(WL_CSP)硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)芯片貼裝固化工藝以及

4、硅通孔封裝結(jié)構(gòu)回流焊工藝因組件材料的熱膨脹系數(shù)失配而引起的機械應(yīng)力。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基于響應(yīng)面法的蒙特卡羅隨機模擬方法研究硅通孔結(jié)構(gòu)中芯片厚度、導(dǎo)電層厚度、TSV直徑、絕緣層的彈性模量和熱膨脹系數(shù)以及TSV聚合物芯的熱膨脹系數(shù)這7個隨機參數(shù)對TSV結(jié)構(gòu)和TSV封裝組件應(yīng)力峰值的影響。
　　 從概率可靠性分析結(jié)果直方圖中可以看出焊盤材料層以及TSV封裝組件應(yīng)力峰值的分布范圍，這對全面認識引線鍵合工藝和硅通孔封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力全局分布以