CSP芯片热应力分析

CSP芯片热应力分析
谢劲松，钟家骐，李川，敬兴久
(电子科技大学机械电子工程学院，成都 四川 610054)

摘 要：对csP芯片热可靠性进行了研究。运用数值分析方法，采用有限元软件ANSYS 8．0，模拟分析在循环热载荷条件下芯片的热应力，以及芯片可能的失效形式。

关键词：芯片尺寸封装(CSP)；芯片；有限元；应力

中图分类号：TN305．94 文献标识码：A 文章编号：1004-4507(2005)04-0032-03

随着微电子工业的迅猛发展，要实现更高密度，更高可靠性，更低成本的封装，这些年来制约微电子封装技术发展的芯片小封装大这一矛盾显得尤为突出。在这样的背景下，CSP以其高封装效率的特性将成为高密度电子封装技术的主流。由于CSP向高频、高速、高密度、高功率方向发展，在以CSP为基础构成的组件或模块中，其功率密度不断提高，这样尤其需要考虑CSP中芯片的热应力及热可靠性等问题。国外对CSP的热可靠性研究起步早，这方面的研究比较多；国内对CSP的研究起步晚，在提高CSP热可靠性方面系统研究的论文并不多见。

CSP的封装结构形式多种多样，但芯片与基板的结合形式相对简单，一种是芯片通过管芯粘接剂同基板相粘接，用金丝通过引线键合(wire bonding)方式把芯片的输入／输出(I／O)端与基板上的焊凸点相连；另一种是芯片通过倒装焊技术(flip chip technology，FC)焊接在基板上，实现芯片与基板的电、热和机械连接，在芯片和基板之间填入下填料。

本文针对前一种结构形式，对CSP芯片热可靠性进行了研究。运用数值方法，采用有限元软件ANSYS 8．0，模拟分析循环热载荷条件下，芯片的热应力，以及芯片可能的失效形式。

1 有限元模型的构建

1．1 CSP结构模型

分析对象如图1。通过环氧树脂把芯片和BT树脂(BT-832)基板结合起来，再用模塑树脂包封，其几何结构如图1。基板尺寸：10mm

这篇论文其实只是计算了20℃、-55℃、125℃时候的变形和应力，循环热载荷并没有任何作用，因为所有的材料性质是弹性的，并不会随着循环增加产生任何区别。如果有实验比较或者作三维分析，文章的质量会更好一些。纯属个人意见。

你说的区别是指蠕变效应吧。
一般都是应该做三维分析，我看过很多资料都普遍反映2D算不准的。
模拟中如果使用线性材料结果确实不会产生区别，循环疲劳效应模拟结果上不能直接体现吧。

是啊，因为热循环如果不考虑蠕变，那么热循环就失去了意义，所以热循环一般计算焊点的蠕变。三维分析一般来讲会比较精确一些，不过前提是材料性质必须准确，否则也会差十万八千里。无论是何种方法，二维还是三维，弹性还是朔性，模拟只有和试验结果相比较才能让人信服。

现在国内真正有价值的paper还是少，搞仿真还是离不开试验。但像焊点还好说，封装体内部的应力状态不太好测吧？不知你们是怎么做的。

封装内部的应力的确不容易测试，一般是用stress sensor，但是精确程度有多少就不准了。

管理员在哪里高就？我在一家封装材料公司工作，博士期间和工作期间都是做 thermal and moisture caused interface delamination, warpage analysis等，不知道可不可以申请这个分层开裂 版斑竹一职，呵呵。

多谢管理员，我会在ANSYS/Mechanical版简单的介绍一下自己。