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(jì).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(duì)典型的PBGA封裝體采用了熱—結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬,重點(diǎn)對(duì)其熱變形、熱應(yīng)力以及焊點(diǎn)的可靠性進(jìn)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(jì)變量對(duì)PBGA封裝件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).在二維模型中建立了完全和部分兩種焊點(diǎn)陣列形式,采用局部溫度加載方式針對(duì)焊球?qū)雨P(guān)鍵位置的焊球進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,焊點(diǎn)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(xiàn)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(jìn)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(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致.利用Engelmaier的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)63Sn/37Pb焊點(diǎn)的熱循環(huán)壽命進(jìn)行了估測.第三種加載方式跳出已有文獻(xiàn)得到了對(duì)封裝體更有價(jià)值的熱應(yīng)力、熱應(yīng)變分析結(jié)果和焊點(diǎn)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(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并分析了設(shè)計(jì)變量對(duì)封裝體熱—結(jié)構(gòu)特性的影響.計(jì)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(diǎn)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(biāo)的方案中優(yōu)化效果較顯著,