基于子結構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、子結構方法作為一種自由度減縮方法非常適合于大型結構的求解，目前已經(jīng)在多個行業(yè)中得到應用。使用子結構方法首先將總體結構劃分為若干個子結構，然后對各子結構進行內(nèi)部自由度降階，用經(jīng)過降階后的子結構組裝原來的總體結構進行求解，最后再根據(jù)組裝結構的求解結果返回到各子結構中進行計算。這種化整為零的方法對于包含大量自由度的結構分析具有極大優(yōu)勢。
　　 封裝結構中包含板級、芯片級、晶圓級等多尺度部件，進行焊點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算結果，在封裝結構焊點可靠性分析中需要對焊點進行精細的網(wǎng)格劃分，因而與焊點相鄰的其它部件網(wǎng)格數(shù)目也相應增加，往往致使總體求解規(guī)模極為龐大，因此有必要將子結構方法應用到焊點可靠性研究中。
　　 封裝熱循環(huán)中焊點可靠性分析是一種穩(wěn)態(tài)分析，可以使用靜態(tài)子結構法進行分析。在本文中，首先根據(jù)單位溫度加載的分析結果將焊球分為關鍵焊球與非關鍵焊球兩組，對非關鍵焊球使用靜態(tài)子結構法進行靜凝聚，然后再進行溫度循環(huán)分析。為了保證

3、計算精度將溫度循環(huán)范圍劃分為5個階段，因此分別在6種溫度下對焊點進行靜凝聚。結果發(fā)現(xiàn)僅僅對非關鍵焊球使用子結構方法進行計算的情況下，子結構方法比完全非線性方法單元數(shù)少11％同時計算機時卻節(jié)約了35％。
　　 跌落試驗分析是焊點可靠性研究的重要內(nèi)容，按照JEDEC標準進行的跌落仿真倘若建立整個跌落塊進行仿真分析計算規(guī)模極大，因此很多學者提出了只對板及芯片進行仿真的跌落等效分析方法。大質量法（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行比對發(fā)現(xiàn)直接加速法與輸入位移法計算速度相近，而大質量法計算時間較長。有限次跌落并不使板上的芯片同時失效，很多研究表明在跌落試驗板靠近角邊螺栓孔位置的芯片最易于破壞。為了對跌落試驗板靠近角邊螺栓孔位置芯片上的焊點進行可靠性研究，本文提出了以上三種等效方法的動態(tài)子結構方

5、法，并對三種動態(tài)子結構方法計算效率進行了比較。比較的結果與前面一致，仍然是使用大質量法對應的子結構方法計算時間最長，其余兩種動態(tài)子結構方法計算時間相差不大，但輸入位移法對應子結構方法的計算時間稍短。將三種跌落隱式方法與相對應的動態(tài)子結構方法進行比較，發(fā)現(xiàn)使用動態(tài)子結構方法計算單元數(shù)為對應的等效方法的1/7，計算時長是對應等效方法的1/3。
　　 最后本文使用輸入位移法對應的子結構方法對跌落試驗板靠近角邊螺栓孔位置芯片的焊點大小、