功率載荷下疊層芯片尺寸封裝熱應力分析.pdf

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

2、下，芯片上的最大等效應力為143MPa，接近芯片的斷裂強度160MPa，因此是造成芯片破壞的主要因素；芯片上的最大剪應力為65.4MPa，很容易造成芯片與封裝材料分層；芯片工作時，其溫度可達到412.09K，高溫會影響芯片速度和可靠性。 分析材料厚度與熱膨脹系數對芯片可靠性的影響，結果表明，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；隨著塑封料和粘結劑熱膨脹系數的增大，芯片應力有所增大。 通過對封裝材料和結

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