一種基于板殼理論對(duì)芯片翹曲變形的研究

郭 威，王小龍，謝建友，張 銳

（華天科技（西安）有限公司，西安710018）

一種基于板殼理論對(duì)芯片翹曲變形的研究

郭 威，王小龍，謝建友，張 銳

（華天科技（西安）有限公司，西安710018）

在溫度變化過(guò)程中，由于芯片封裝層疊結(jié)構(gòu)及材料熱膨脹系數(shù)的不匹配，封裝結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生翹曲現(xiàn)象。芯片翹曲關(guān)乎到電子元器件的可靠性及質(zhì)量，準(zhǔn)確快速地計(jì)算翹曲對(duì)于封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選型有著重要意義。基于多層板翹曲理論，建立了一套對(duì)芯片翹曲進(jìn)行計(jì)算的雙曲率模型。以常規(guī)的指紋識(shí)別芯片為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量及有限元仿真的對(duì)比驗(yàn)證，證明了該理論可以滿(mǎn)足工程計(jì)算精度。該模型可以拓展到其余多層板結(jié)構(gòu)的翹曲計(jì)算，對(duì)于優(yōu)化芯片翹曲設(shè)計(jì)有重要意義。

芯片翹曲；有限元仿真；雙曲率

1 引言

封裝層疊結(jié)構(gòu)由于在溫度變化過(guò)程中材料屬性的不匹配，最終會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)翹曲的發(fā)生[1]，對(duì)產(chǎn)品后續(xù)的可靠性和服役壽命等有著重要影響。結(jié)構(gòu)的翹曲會(huì)直接影響到封裝結(jié)構(gòu)的共面度[2]，引發(fā)芯片斷裂[3]、芯片分層[4]和焊點(diǎn)失效，直接關(guān)系到質(zhì)量。因此，準(zhǔn)確快速地計(jì)算芯片封裝結(jié)構(gòu)的翹曲對(duì)于芯片封裝質(zhì)量及產(chǎn)品的可靠性有著重要的意義[5]。本文以常規(guī)指紋芯片封裝結(jié)構(gòu)為模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、理論模型、有限元仿真3個(gè)方面來(lái)驗(yàn)證，基于板殼理論，建立計(jì)算芯片封裝結(jié)構(gòu)翹曲的公式。

圖1 芯片封裝結(jié)構(gòu)翹曲的雙曲率模型

圖1所示為芯片封裝結(jié)構(gòu)翹曲的雙曲率模型，其中Xdie和XEMC分別是芯片和塑封料邊界距離中心位置的距離，κdie和κEMC是芯片部分和塑封料部分的曲率，整個(gè)結(jié)構(gòu)的翹曲變形w受這雙曲率共同決定。……