基于子結(jié)構(gòu)方法的微電子集成電路封裝互連焊球可靠性的建模與仿真.pdf

1、子結(jié)構(gòu)方法作為一種自由度減縮方法非常適合于大型結(jié)構(gòu)的求解，目前已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)中得到應(yīng)用。使用子結(jié)構(gòu)方法首先將總體結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)子結(jié)構(gòu)，然后對(duì)各子結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)部自由度降階，用經(jīng)過(guò)降階后的子結(jié)構(gòu)組裝原來(lái)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，最后再根據(jù)組裝結(jié)構(gòu)的求解結(jié)果返回到各子結(jié)構(gòu)中進(jìn)行計(jì)算。這種化整為零的方法對(duì)于包含大量自由度的結(jié)構(gòu)分析具有極大優(yōu)勢(shì)。
　　 封裝結(jié)構(gòu)中包含板級(jí)、芯片級(jí)、晶圓級(jí)等多尺度部件，進(jìn)行焊點(diǎn)可靠性的建模仿真是典型的跨尺度問題。

2、為了得到較為精確的計(jì)算結(jié)果，在封裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)可靠性分析中需要對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分，因而與焊點(diǎn)相鄰的其它部件網(wǎng)格數(shù)目也相應(yīng)增加，往往致使總體求解規(guī)模極為龐大，因此有必要將子結(jié)構(gòu)方法應(yīng)用到焊點(diǎn)可靠性研究中。
　　 封裝熱循環(huán)中焊點(diǎn)可靠性分析是一種穩(wěn)態(tài)分析，可以使用靜態(tài)子結(jié)構(gòu)法進(jìn)行分析。在本文中，首先根據(jù)單位溫度加載的分析結(jié)果將焊球分為關(guān)鍵焊球與非關(guān)鍵焊球兩組，對(duì)非關(guān)鍵焊球使用靜態(tài)子結(jié)構(gòu)法進(jìn)行靜凝聚，然后再進(jìn)行溫度循環(huán)分析。為了保證

3、計(jì)算精度將溫度循環(huán)范圍劃分為5個(gè)階段，因此分別在6種溫度下對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行靜凝聚。結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅僅對(duì)非關(guān)鍵焊球使用子結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行計(jì)算的情況下，子結(jié)構(gòu)方法比完全非線性方法單元數(shù)少11％同時(shí)計(jì)算機(jī)時(shí)卻節(jié)約了35％。
　　 跌落試驗(yàn)分析是焊點(diǎn)可靠性研究的重要內(nèi)容，按照J(rèn)EDEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的跌落仿真倘若建立整個(gè)跌落塊進(jìn)行仿真分析計(jì)算規(guī)模極大，因此很多學(xué)者提出了只對(duì)板及芯片進(jìn)行仿真的跌落等效分析方法。大質(zhì)量法（Large Mass Method）、直

4、接加速法（Direct AccelerationMethod）與輸入位移法（Input-D Method）是目前跌落分析的三種等效方法。
　　 本文將三種等效方法進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)直接加速法與輸入位移法計(jì)算速度相近，而大質(zhì)量法計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。有限次跌落并不使板上的芯片同時(shí)失效，很多研究表明在跌落試驗(yàn)板靠近角邊螺栓孔位置的芯片最易于破壞。為了對(duì)跌落試驗(yàn)板靠近角邊螺栓孔位置芯片上的焊點(diǎn)進(jìn)行可靠性研究，本文提出了以上三種等效方法的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方

5、法，并對(duì)三種動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算效率進(jìn)行了比較。比較的結(jié)果與前面一致，仍然是使用大質(zhì)量法對(duì)應(yīng)的子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算時(shí)間最長(zhǎng)，其余兩種動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算時(shí)間相差不大，但輸入位移法對(duì)應(yīng)子結(jié)構(gòu)方法的計(jì)算時(shí)間稍短。將三種跌落隱式方法與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)使用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算單元數(shù)為對(duì)應(yīng)的等效方法的1/7，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)是對(duì)應(yīng)等效方法的1/3。
　　 最后本文使用輸入位移法對(duì)應(yīng)的子結(jié)構(gòu)方法對(duì)跌落試驗(yàn)板靠近角邊螺栓孔位置芯片的焊點(diǎn)大小、