【摘 要】
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随着我国航天电子系统朝着多功能化、小型化、轻量化方向的发展,芯片倒装封装已经广泛应用于航天工程,成为横跨航天器平台技术和有效载荷技术两大领域的关键性技术。因此,亟
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随着我国航天电子系统朝着多功能化、小型化、轻量化方向的发展,芯片倒装封装已经广泛应用于航天工程,成为横跨航天器平台技术和有效载荷技术两大领域的关键性技术。因此,亟需针对倒装芯片开展结构分析,从而明确芯片结构、材料、工艺与失效模式、失效机理之间的关系,确定芯片是否具有失效风险和应用可靠性缺陷。然而,目前的结构分析标准主要是针对常规封装芯片,因此无法对倒装芯片进行全面评估,从而影响着航天型号的可靠性水平。本文以倒装芯片作为研究对象,在理论基础、技术方法、指导性规范等方面进行了系统性的研究。介绍了倒装封装的具体结构,着重对比了倒装封装与常规封装之间的差异,建立了结构分析流程。采用有限元模型对倒装器件BGA、CGA外引线开展了温度循环下数值模拟研究,得到了外引线应力分布规律为越靠近边缘,外引线受到的应力越大。根据温度循环数值模拟结果结合Coffin-Manson疲劳模型预测了BGA和CGA封装外引线可以承受的温度循环次数,均在1500次左右。机械振动下CGA外引线最外围焊柱受到的形变应力最大,焊柱可以承受的机械振动时间约为29分钟。在此基础上,进行了结构分析的系统方案设计,包括结构分析单元和失效机理要素的识别、结构分析要素判据的选定和完善。基于试验方案,分析了倒装封装的结构、材料、工艺情况及其与芯片失效机理间的关系。发现国产倒装芯片存在腐蚀风险并且孔金属化对准质量较差。通过本文的研究,建立了结构分析指南,从而为国产倒装芯片的研制、工程应用评估提供了良好的技术支撑,对宇航用倒装芯片国产自主可控、可靠性评估具有重要的指导意义。
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