电子封装器件翘曲问题的数值分析

第34卷第1期2006年1月

同济大学学报(自然科学版)

JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Vol.34No.1 Jan.2006

电子封装器件翘曲问题的数值分析

张伟伟,郑百林,张士元,贺鹏飞

(同济大学航天航空与力学学院,上海 200092)

摘要:考虑玻璃态转变温度(tg)对材料性能的直接影响,运用三维有限元分析法分别对单芯封装器件及多芯封装器件由于热变形引起的翘曲问题进行了分析,同时着重探讨了封装器件中各种材料的尺寸变化对翘曲的影响.计算结果表明:在单芯封装中,基底与芯片厚度比和封装材料与芯片厚度比的变化对翘曲影响较大,基底与芯片面积比和粘结层与芯片高度比的变化对整体翘曲影响较小;在多芯封装中,随着芯片厚度的增加,整体翘曲减少,而粘结层的厚度对整体翘曲影响较小,基底尺寸影响较大.这一结果为进一步封装设计提供了理论依据.关键词:电子封装;翘曲;三维有限元

中图分类号:TQ320 文献标识码:A

文章编号:0253-374X(2006)01-0129-05

ElectronicPackageWarpageSimulatedwithNumericalMethod

ZHANGWeiwei,ZHENGBailin,ZHANGShiyuan,HEPengfei

(SchoolofAerospaceandAppliedMechanics,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:Inviewoftheeffectofglassphasetransitiontemperature(tg)onmaterialproperties,three2dimensionalfiniteelementmethodhasbeenemployedinanalyzingthewarpageofsinglechipandmul2ti2chipmolding.Thenumericalresultsshowthattheratiooflead2frameanddieheighthasanobviouseffectonthewarpageofchip,whiletheratiooflead2frameanddiearea,adehesivelayeranddieheighthaslesseffectonit.Inthemulti2chipprocessing,thewarpagedecreaseswiththeincreasingofchipheightandtheadhesivelayer.sheighthaslesseffectonthewarpage.Thenumericalanalysisresultsareapplicabletothepracticaldesignofreliableelectronicpackage.

Keywords:electronicpackage;warpage;threedimensionalfiniteelementanalysis

目前集成电路技术已渗透到工业及社会生活的各个领域,电子工业已成为当今第一大产业.电子器件的封装技术是制约集成电路发展的关键环节之一[1~3].电子器件在封装中由于各种材料(基底、粘结层、芯片及封装材料)的尺寸和材料性能的差异在较大温差作用下引起的翘曲问题已严重影响电子器件的可靠性、焊接性能和成品率[4,5].因此,温度翘曲已成为影响电子封装技术继续发展的一个重大障

碍.

虽然也有一些有限元模型可以反映电子封装的

翘曲问题,但是对模型以及材料的简化过多,而得不到较为精确的分析规律[6,7].笔者分别以单芯封装结构及多芯封装结构为研究对象,建立了三维有限元模型,同时考虑温度和玻璃态转化温度(tg)对材料弹性模量和热膨胀系数的影响,采用非线性方法进行分析,重点研究材料尺寸对于翘曲的影响.

收稿日期:2004-07-19

作者简介:张伟伟(1980-),女,河南项城人,工学硕士.E2mail:blzheng@mail.tongji.edu.cn