功率載荷下疊層芯片尺寸封裝熱應(yīng)力分析.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，微電子器件的應(yīng)用越來越廣泛。在使用中，電源開啟與關(guān)閉會(huì)引起芯片溫度波動(dòng)，造成器件各層材料之間出現(xiàn)較大熱應(yīng)力。目前，封裝行業(yè)對(duì)器件熱載荷可靠性做了大量研究工作，而對(duì)功率載荷的研究很有限。與熱載荷相比，功率載荷能真實(shí)地模擬芯片發(fā)熱機(jī)制。因此，對(duì)功率載荷下芯片封裝熱應(yīng)力的研究具有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用前景。 本文采用有限元分析軟件ANSTS對(duì)疊層芯片尺寸封裝(SCSP)的熱應(yīng)力分布進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在功率載荷條件

2、下，芯片上的最大等效應(yīng)力為143MPa，接近芯片的斷裂強(qiáng)度160MPa，因此是造成芯片破壞的主要因素；芯片上的最大剪應(yīng)力為65.4MPa，很容易造成芯片與封裝材料分層；芯片工作時(shí)，其溫度可達(dá)到412.09K，高溫會(huì)影響芯片速度和可靠性。 分析材料厚度與熱膨脹系數(shù)對(duì)芯片可靠性的影響，結(jié)果表明，隨著芯片體積增大，芯片溫度有所下降，器件的可靠性隨之增強(qiáng)；隨著塑封料和粘結(jié)劑熱膨脹系數(shù)的增大，芯片應(yīng)力有所增大。 通過對(duì)封裝材料和結(jié)

3、構(gòu)的研究，優(yōu)化封裝模型，優(yōu)化后芯片最高溫度、最大應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為408.48K，95.2MPa和35.4MPa，優(yōu)化設(shè)計(jì)降低芯片和系統(tǒng)溫度，起到提高器件性能和可靠性的作用。 對(duì)不同工藝水平下的芯片進(jìn)行功率載荷分析，結(jié)果表明，隨著工藝水平的提高，器件集成度相應(yīng)提高，芯片溫度逐漸變大；當(dāng)工藝達(dá)到0.13μm時(shí)，芯片生熱率增大將導(dǎo)致芯片熱量嚴(yán)重積累，使芯片性能和可靠性受到嚴(yán)重影響；工藝達(dá)到O.15μm時(shí)，應(yīng)力達(dá)到足以破壞芯片的程度，