嵌入式系統封裝功率器件的可靠性建模研究

金星

摘? 要：該文基于對嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模的研究，首先，闡述嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模研究的必要性。其次，分析嵌入式系統封裝功率器件發展，其中包括一般封裝發展、功率器件發展。最后，對嵌入式系統封裝功率器件的可靠性建模進行分析，主要包含嵌入式系統封裝分析、封裝可靠性分析、焊點可靠性分析等。

關鍵詞：嵌入式系統封裝? 功率器件? 可靠性建模

中圖分類號：TN405 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0066-02

功率器件采取嵌入式封裝方式，不僅可以減少尺寸，降低成本，同時可以使得功率器件的性能得到保障。但是，在這一過程中，因為熱膨脹系數問題，填充材料與芯片界面會出現熱應力，導致芯片出現開裂等問題。基于此，為在最大程度上避免這一問題的出現，要加強對嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模的研究，這樣才能將功率器件的作用與價值充分發揮。所以，該文將針對嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模相關內容進行闡述。

1? 嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模研究的必要性

雖然在許多其他國家針對嵌入式系統封裝功率器件的可靠性建模問題進行分析與研究，但是，在其中的曲翹以及熱循環等方面的研究仍然有待完善，特別是嵌入式系統封裝結構的研究。嵌入式系統封裝結構具備一定的高密度特點以及多芯片特點，所以，可以使得其附加值得到保障。在對可靠性建模進行研究的過程中，能夠為設計工作以及生產工作提供有效的數據信息，從而實現降低成本的目的[1]。雖然嵌入式系統封裝系統是處于發展中的一個新技術，目前該項技術并未成熟，但是隨著社會的不斷進步嵌入式封裝系統有著良好發展前景。近些年，我國更加注重節能減排與節能環保工作，因此，會在很大程度上推動半導體市場的進步。從目前的發展中可以看出，功率器件的應用率較低，但是市場空間較大。因此，通過加強對嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模的研究，能夠改變我國功率器件進口現象，為我國的更好發展打下良好的基礎。

2? 嵌入式系統封裝功率器件發展分析

2.1 一般封裝發展

為保證能夠在特定尺寸的芯片當中發揮出不同的功能與作用，防止在高密度的2D封裝長程互聯出現RC延遲現象，3D封裝成為封裝技術發展的主要趨勢與方向。但是，隨著我國科學技術與先進技術的不斷發展，使得不同新型的封裝方式出現，比如，MCM封裝方式、SOP封裝方式、POP封裝方式等，這也為3D封裝的發展打下良好基礎[2]。3D封裝技術具備一定的優勢，比如，速度較快特點、降低噪聲特點以及降低功耗特點等，使得整個開發時間能夠得到減少，保證系統的安全穩定運行。

2.2 功率器件發展

因為隨著科學技術以及先進技術的不斷發展，使得功率芯片的尺寸、封裝外形尺寸在不斷縮小，同時芯片的電流密度不斷提升，因此，在封裝級別中，熱傳遞能力難以保持。如果封裝發展的主要趨勢是，芯片的尺寸不斷縮小，并且將其應用在系統中，那么功率封裝的功率芯片在熱散耗過程中，要加強對印刷電路板的應用。在封裝外型的不斷縮小過程中，熱傳遞需要使用熱沉系統與板，外部散熱需要利用裸露金屬層。

3? 嵌入式系統封裝功率器件的可靠性建模分析

3.1 嵌入式系統封裝分析

嵌入式系統封裝的工藝過程是3D封裝的重要組成部分。在該種3D封裝結構當中，功率器件會被埋進高聚物中，芯片與焊點之間的連接，需要通過再分布金屬化導線方式，不僅具備較好的電氣性能，同時能夠為芯片的運行，創造良好環境，使其穩定性與可靠性得到保障。埋入原件基板封裝技術，為系統封裝中的嵌入式封裝打下良好的基礎。嵌入式系統封裝 能夠在歐盟的項目中得到支持與保障，在實現堆疊芯片的互聯中，可以通過使用涂樹脂銅箔以及激光通孔的方式完成。在隨后項目的啟動過程中，為嵌入技術的發展提供動力與保障，并且將嵌入技術更好地應用在實際的工作中[3]。但是，在后來將嵌入式封裝技術應用在晶圓級中，因為材料的熱膨脹系數存在問題，主要是與實際系數不匹配。導致在填充材料與芯片界面中產生熱應力。熱應力的出現，會對芯片的使用造成影響。比如，出現芯片翹曲問題以及芯片開裂問題等。這一問題的出現，會使得嵌入式系統封裝功率器件的可靠性降低，實際的使用會受到影響。

3.2 封裝可靠性分析

芯片在制造環節、檢測環節以及運輸環節中，會在不同程度上受到盈利的作用與影響。雖然此類應力不會對材料的使用產生破壞，但是因為電子產品需要重復使用，會產生材料的損傷問題，同時損傷會不斷累計，從而出現材料被破壞等問題。但是，在材料出現破壞之前，該類損傷問題難以被及時發展。采取常規的檢測方式，也無法檢測出功率器件的受損害情況。因此，要對應力的可靠性與準確性進行分析與研究。保證微電子封裝可靠性，可以在很大程度上使得電子產品整機的可靠性得到保障。可靠性在如今電子產品領域當中，其地位可以與產品的技術指標相匹配。怎樣保證電子產品的可靠性，已經成為國內與國外研究的重點內容。與此同時，在這一過程中，要加強電子封裝的可靠性問題的研究。這樣可以使得封裝可靠性得到保障，為我國相關行業的發展打下良好的基礎。

3.3 焊點可靠性分析

在如今微電子技術以及先進信息技術的不斷發展過程中，半導體器件已經從傳統的分立形式，轉化為如今的集成形式。如今在一個芯片中，可以將上億個器件進行集成，封裝尺寸不斷減少，同時在元器件中也會包含不同類型的材料。不同類型材料，使得材料的高度致密性得到保障，由此可以看出半導體器件與封裝體逐漸變得更加復雜，對于可靠性建模問題的研究也越發重要。

不同的因素都會對其可靠性建模造成影響，主要體現在以下幾點中：第一，制造工藝條件的影響。較為大型且復雜的電板路，其溫度一般情況下會保證在260℃。這一溫度雖然對小型電板路影響微乎其微，但是可能會對元器件可靠性以及PCB的可靠性造成嚴重影響。第二，PCB層壓材料影響。PCB層壓材料，尤其是大型且復雜的厚電路板，可能會出現分層現象或者層壓破裂現象[4]。第三，環境因素影響。在熱循環背景下，蠕變疲勞會通過損傷聚集效應的方式，造成焊接點失效。焊接點失效會出現組織粗化、組織弱化以及裂紋擴大等現象，產生這一問題的主要原因是蠕變速率。第四，焊點形態影響。焊點參數形態通常情況下會包含許多不同內容，比如，焊點高度、焊點間距等。不同參數對應力應變值會產生一定影響，所以焊接點的熱疲勞壽命會存在差異。對于不同的影響因素，需要相關工作人員能夠采取有效措施。這樣才能在最大程度上保證嵌入式系統封裝功率器件安全穩定運行，提升其可靠性。

4? 結語

綜上所述，嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模研究工作的順利展開，對于嵌入式系統封裝功率器件的使用而言具有重要作用。因此，要將嵌入式系統封裝功率器件可靠性建模研究作為重點與關鍵，對于可靠性建模采取不同的分析與研究方式，從而為相關行業的更好發展打下基礎。

參考文獻

[1] 劉朋，施思寒，謝斌，等.一種星載電子設備嵌入式集成管理單元設計[J].航天器工程，2018，27（4）：111-116.

[2] 楊明東.嵌入式軟件開發平臺中的文件系統封裝機制[J].信息通信，2018（5）：143-144.

[3] 馬若飛，楊柳，雷連發.跨平臺模塊化嵌入式多任務軟件框架研究[J].火控雷達技術，2017，46（4）：46-50.

[4] 王新潮，陳靈芝.塑封互聯MIS高可靠性封裝及板級封裝新技術[J].電子與封裝，2017，17（7）：1-4，16.