POP堆疊芯片的實驗測試和模擬研究.pdf

1、由于電子科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日益加速，不斷向小型化、高密度化、高智能化發(fā)展。產(chǎn)品外形尺寸與元器件尺寸不斷變小，然而元器件數(shù)量卻呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長，因此設(shè)計方向從電路板平面空間向立體空間轉(zhuǎn)移。堆疊封裝Package-On-Package(POP)的出現(xiàn)恰恰滿足了這種要求。POP封裝將邏輯和存儲器件集成在同一封裝體內(nèi)。通過焊球?qū)崿F(xiàn)上下封裝連接，節(jié)約了PCB上的空間和元器件之間的運算時間。本文針對POP堆疊芯片進行了實驗和模擬

2、的研究，主要工作如下:
　　 理論研究了POP堆疊封裝結(jié)構(gòu)以及POP封裝裝配和堆疊工藝過程。選用Amkor公司的POP堆疊芯片作為研究對象，通過電阻應(yīng)變片實時測量POP堆疊芯片的塑封表面和PCB板在0℃～100℃熱循環(huán)條件下的應(yīng)變情況;利用POP底部焊點矩陣構(gòu)建菊花鏈電阻回路，測量各焊點回路經(jīng)過多個熱循環(huán)周期后的電阻變化情況，推斷焊點的壽命周期;利用有限元軟件ANSYS建立POP堆疊芯片的四分之一模型，加載與實驗相同的熱循環(huán)曲線

3、，分析POP封裝在熱循環(huán)過程中的應(yīng)力應(yīng)變，并通過累積蠕變壽命預(yù)測模型對POP封裝的壽命進行了預(yù)測，將模擬的結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進行對比分析;驗證實驗和模擬的正確性，比較實驗和模擬分別得到的預(yù)測壽命，分析兩者之間的差異。
　　 實驗研究的結(jié)果表明POP堆疊封裝塑封表面和PCB板在熱循環(huán)條件下總體的變化趨勢有一定的區(qū)別。保溫過程中應(yīng)變變化不大，升降溫過程中應(yīng)變變化非常的大;模擬結(jié)果表明由于POP內(nèi)部各材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了應(yīng)

4、力集中的現(xiàn)象。整個封裝體變形位移最大發(fā)生在PCB板上，位移呈現(xiàn)環(huán)狀分布，距離芯片越遠，位移越大。熱循環(huán)過程中主要的應(yīng)力都集中在POP封裝的芯片和焊點矩陣上。底部焊點的最大應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生在最外側(cè)的焊球上，模擬的POP封裝體表面的應(yīng)變分布結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)對比，結(jié)果上基本一致。但是實驗數(shù)據(jù)曲線有一定的延時性，這是由于實驗中的溫度延遲造成的，利用蠕變累積壽命預(yù)測模型對封裝整體的壽命進行分析計算，與菊花鏈測試的結(jié)果相比較，兩者較為接近。