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(huì)產(chǎn)生一定量的熱應(yīng)力，由此產(chǎn)生芯片翹曲、開(kāi)裂等問(wèn)題，其可靠性問(wèn)題成為阻礙其技術(shù)發(fā)展的重要原因。本文主要是針對(duì)功率器件的可靠性開(kāi)展研究的，主要研究?jī)?nèi)容和取得的結(jié)論有：
　　 (1)引入靜態(tài)子結(jié)構(gòu)法，對(duì)封裝集成工藝中的帶狀模型進(jìn)行翹曲研究。基于ANSYSAPDL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(duì)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(duì)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(shí)，翹曲度均下降了約66.93％；當(dāng)EMC厚度由0.1 mm增加到0.4 mm時(shí)，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(shì)。
　　 (2)進(jìn)行功率器件嵌入式封裝的熱循環(huán)載荷下的焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè)研究。建立了單個(gè)的嵌入式封裝三維有限元結(jié)構(gòu)，基于Anand模型對(duì)在-40℃～125℃、0℃～100℃的熱循環(huán)載荷下焊點(diǎn)壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)右下側(cè)角焊點(diǎn)最先失效，裂紋從PCB板側(cè)產(chǎn)生。通過(guò)焊點(diǎn)高度參數(shù)化模擬發(fā)現(xiàn)隨著焊點(diǎn)高度的增加焊點(diǎn)的熱循環(huán)疲勞壽命快速增加，焊點(diǎn)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(diǎn)合理高度要達(dá)到0.2mm以上；在O℃～100℃的熱循環(huán)作用下，焊點(diǎn)高度高于0.05mm即可。
　　 (3)應(yīng)用Input-D方法，研究了功率器件嵌入式封裝板級(jí)跌落試驗(yàn)過(guò)程的可靠性問(wèn)題。根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，建立功率器件嵌入式封裝板級(jí)跌落試驗(yàn)三維模型進(jìn)行有限元模擬，結(jié)果表明應(yīng)力波是從基板底部開(kāi)始傳播的，然后擴(kuò)展到焊點(diǎn)后封裝結(jié)構(gòu)上。分析發(fā)現(xiàn)U1角焊點(diǎn)靠近PCB那一側(cè)所受應(yīng)力最大