多環(huán)境下硅通孔互連結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)研究.pdf

1、硅通孔(TSV)互連結(jié)構(gòu)的可靠性直接影響三維封裝器件的性能，對(duì) TSV互連結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境下進(jìn)行可靠性展開(kāi)研究有著非常重要的意義。本文以采用TSV互連結(jié)構(gòu)的3D-TSV疊層芯片封裝器件為對(duì)象，應(yīng)用有限元數(shù)值仿真點(diǎn)的方法分析了TSV互連結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)、熱-結(jié)構(gòu)耦合及溫-振耦合等條件下的可靠性，并對(duì)隨機(jī)振動(dòng)條件下 TSV互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多因素多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先，使用 ANSYS軟件建立了采用TSV互連結(jié)構(gòu)的3D-TSV疊層芯片封裝

2、結(jié)構(gòu)有限元模型，分析在隨機(jī)振動(dòng)條件下 TSV互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。研究結(jié)果表明：在隨機(jī)振動(dòng)條件下，位于芯片最遠(yuǎn)角點(diǎn)處的 TSV互連結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變最大；TSV高度不僅僅影響TSV互連結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力應(yīng)變值，還影響TSV互連結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律，在所選高度范圍內(nèi)，75μm時(shí)TSV互連結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值最小；微凸點(diǎn)材料為無(wú)鉛焊料SAC387時(shí)TSV互連結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)可靠性優(yōu)于微凸點(diǎn)材料為銅；在所選的四種焊料中，針對(duì)微凸點(diǎn)而言，有鉛焊料Sn63P

3、b37本身的隨機(jī)振動(dòng)特性最好，針對(duì)整個(gè)TSV互連結(jié)構(gòu)體系而言，焊料為SAC387時(shí)TSV互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變均為最小，隨機(jī)振動(dòng)性能最佳。
　　然后，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析得到TSV高度對(duì)隨機(jī)振動(dòng)條件下TSV互連結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力影響顯著，并且得到各個(gè)因素影響排序?yàn)門(mén)SV高度>TSV直徑>微凸點(diǎn)直徑>微凸點(diǎn)高度；基于正交試驗(yàn)與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合方法的多因素多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到最優(yōu)參數(shù)水平組合為：TSV高度為50μm，TSV直徑為40μm，微凸

4、點(diǎn)高度為10μm，微凸點(diǎn)直徑為70μm；通過(guò)與原始模型以及正交試驗(yàn)表格中各組合的隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果對(duì)比可知，最優(yōu)組合的四種優(yōu)化目標(biāo)均得到了不同程度的優(yōu)化，因此，通過(guò)運(yùn)用正交試驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合方法實(shí)現(xiàn)了TSV互連結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化。
　　最后，對(duì)TSV互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析和溫-振耦合分析，并對(duì)兩種條件下不同尺寸參數(shù)的TSV互連結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，在TSV互連結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作和應(yīng)用過(guò)程中，想要獲得更小尺寸更高可靠