芯片尺寸封裝（CSP）的熱應(yīng)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(chǎn)生，雖然間距尺寸和體積很小，但也存在一些問題。當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)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(jié)了芯片尺寸封裝幾種結(jié)構(gòu)類型和常見的失效機理，據(jù)此選擇一種特定的芯片尺寸封裝產(chǎn)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(biāo)

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

3、當(dāng)強度低于熱應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變最大發(fā)生在靠近外側(cè)焊球上。對3D模型，由于多考慮了一個方向，發(fā)現(xiàn)整體彈性應(yīng)變最大靠近焊球與基板結(jié)合處，填膠應(yīng)變最小。整體封裝應(yīng)力應(yīng)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(jié)構(gòu)的合理性。從應(yīng)力應(yīng)變分布結(jié)果和已有類似封裝熱循環(huán)試驗對比，結(jié)果基本一致。對2D模型，雖不能看出另一方向應(yīng)

4、力應(yīng)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(xiàn)陡增陡減后，第三個循環(huán)后趨于平穩(wěn)。PCB應(yīng)力應(yīng)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(chǔ)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(jié)果對比表明，前者計算過程較復(fù)雜，但和后者壽命預(yù)測差別不是很大。改進并得到一種簡化壽命預(yù)測