集成電路芯片封裝的熱—結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、該文基于熱傳導(dǎo)、熱彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論,針對典型的PBGA封裝體采用了熱—結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬,重點對其熱變形、熱應(yīng)力以及焊點的可靠性進行了分析.在分析基礎(chǔ)上以封裝體的幾何尺寸和材料屬性為設(shè)計變量對PBGA封裝件進行了優(yōu)化設(shè)計.在二維模型中建立了完全和部分兩種焊點陣列形式,采用局部溫度加載方式針對焊球?qū)雨P(guān)鍵位置的焊球進行了數(shù)值模擬分析,焊點的熱應(yīng)力、熱應(yīng)變分析結(jié)果表明,離芯片周界最近的焊球最先失效,這與文獻中的結(jié)論相一致.三維模型的建立著重考

2、慮基于芯片散熱功率的熱生成加載、熱循環(huán)加載以及熱循環(huán)和生成熱的綜合加載這三種不同的加載方式進行數(shù)值模擬分析.考慮了PBGA封裝體的封裝熱變形,數(shù)值分析結(jié)果顯示溫度與熱應(yīng)力的分布與文獻中的實驗結(jié)果一致.利用Engelmaier的經(jīng)驗公式對63Sn/37Pb焊點的熱循環(huán)壽命進行了估測.第三種加載方式跳出已有文獻得到了對封裝體更有價值的熱應(yīng)力、熱應(yīng)變分析結(jié)果和焊點的熱疲勞壽命.并將此結(jié)果與只采用熱循環(huán)加載所得到的結(jié)果相比較,其熱應(yīng)力、溫度分布

3、趨勢完全一致,只是在數(shù)值上有所增加,這是由熱生成所產(chǎn)生的初始應(yīng)力、應(yīng)變及變形的影響.較前人的工作更加全面.文中從PBGA封裝體的幾何尺寸和材料屬性兩方面,分別以減輕重量和熱應(yīng)力最小為目標進行了優(yōu)化設(shè)計,并分析了設(shè)計變量對封裝體熱—結(jié)構(gòu)特性的影響.計算結(jié)果表明,采用較小的彈性模量和熱膨脹率的材料可以有效地減小熱應(yīng)力;基板和芯片的厚度是影響封裝體熱變形和焊點可靠性的主要因素.分析后得到兩組優(yōu)化結(jié)果中,以減輕重量為目標的方案中優(yōu)化效果較顯著,