嵌入式系統(tǒng)封裝功率器件的可靠性建模與仿真.pdf

1、功率器件采用嵌入式封裝，可以減小尺寸和成本、增加功能、提高性能。但是由于熱膨脹系數(shù)不匹配，填充材料與芯片界面會產(chǎn)生一定量的熱應力，由此產(chǎn)生芯片翹曲、開裂等問題，其可靠性問題成為阻礙其技術發(fā)展的重要原因。本文主要是針對功率器件的可靠性開展研究的，主要研究內(nèi)容和取得的結(jié)論有：
　　 (1)引入靜態(tài)子結(jié)構(gòu)法，對封裝集成工藝中的帶狀模型進行翹曲研究?；贏NSYSAPDL參數(shù)化建模與仿真，發(fā)現(xiàn)芯片、EMC(Epoxy Mould Com

2、ponent)厚度的變化對封裝工藝中帶狀功率器件翹曲變形影響較大，Prepreg EZ和EMC的彈性模量E的變化對封裝工藝中帶狀功率器件翹曲變形影響較小。在150℃～260℃、175℃～25℃兩溫度載荷分別作用下，芯片厚度由0.1 mm增加到0.4 mm時，翹曲度均下降了約66.93％；當EMC厚度由0.1 mm增加到0.4 mm時，150℃～260℃的溫度載荷作用下的翹曲度提高大約4.56倍，175℃～25℃溫度載荷作用下翹曲度提高大

3、約4.54倍。取帶狀模型內(nèi)部結(jié)果，發(fā)現(xiàn)封裝體內(nèi)部各結(jié)構(gòu)與帶狀模型有相同的翹曲趨勢。
　　 (2)進行功率器件嵌入式封裝的熱循環(huán)載荷下的焊點壽命預測研究。建立了單個的嵌入式封裝三維有限元結(jié)構(gòu)，基于Anand模型對在-40℃～125℃、0℃～100℃的熱循環(huán)載荷下焊點壽命進行了預測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)右下側(cè)角焊點最先失效，裂紋從PCB板側(cè)產(chǎn)生。通過焊點高度參數(shù)化模擬發(fā)現(xiàn)隨著焊點高度的增加焊點的熱循環(huán)疲勞壽命快速增加，焊點高度增加1倍，其壽命大

4、約可以提高50％。而在40℃～125℃的熱循環(huán)作用下，焊點合理高度要達到0.2mm以上；在O℃～100℃的熱循環(huán)作用下，焊點高度高于0.05mm即可。
　　 (3)應用Input-D方法，研究了功率器件嵌入式封裝板級跌落試驗過程的可靠性問題。根據(jù)JEDEC標準，建立功率器件嵌入式封裝板級跌落試驗三維模型進行有限元模擬，結(jié)果表明應力波是從基板底部開始傳播的，然后擴展到焊點后封裝結(jié)構(gòu)上。分析發(fā)現(xiàn)U1角焊點靠近PCB那一側(cè)所受應力最大