微电子芯片层叠封装制造工艺过程的有限元模拟

• 作 者: 任超
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2010年期

随着电子产品的小型化,元件堆叠封装(PoP)逐渐兴起,PoP封装的制造工艺过程是保证半导体产品质量和可靠性的最关键因素之一。由于封装器件是由热性能不同的材料组成,在封装加工过程中,封装体将受到多次热载荷和机械载荷,产生应力和变形。在芯片封装完成之前,应力就可能引起芯片失效、封装翘曲、分层或开裂,因此,准确地了解封装组件在制造过程中的应力应变情况,对于提高成品率和可靠性至关重要。但是,制造过程实验方法周期长,需要投入巨大的财力人力,而且由于封装尺寸非常小(毫米级),获取数据困难。基于有限元数值模拟方法模拟PoP封装制造工艺过程不仅经济省时,而且能提供更为全面的数据。　　
目前较多研究主要集中在某一单个工艺过程,忽略了连续工艺步之间的相互影响。事实上,在封装制造过程中,上一个工艺步引起的应力、变形会传递至下一工艺步,因此,考虑工艺步连续性、实现工艺步间无缝连接的数值模拟方法十分重要。　　
本文(1)在建立PoP结构3维有限元模型基础上,考虑了模塑化合物的化学收缩和热收缩以及材料属性随温度变化的情况,利用有限元的单元生死、重启动等技术模拟了模塑成型、回流焊、板级贴装等工艺过程,实现PoP封装制造全过程模拟;分析了工艺过程中产生的应力、变形对封装失效的影响。(2)采用DoE(实验设计)和FEA(有限元法)相结合的方法,对封装器件中基板、芯片、模塑化合物的结构尺寸以及基板、模塑化合物的材料参数进行了研究,控制翘曲现象。　　
本文研究的结论有助于电子封装工程师了解PoP加工工艺中影响产品质量的关键因素,为产品的可靠性设计提供依据,进而提高产品成品率。