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【6h】

微电子芯片层叠封装制造工艺过程的有限元模拟

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目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电子封装简介

1.2.1 电子封装的组装层次

1.2.2 电子封装的发展历程

1.2.3 现代微电子封装技术的发展趋势

1.3 三维封装技术

1.4 微电子封装失效的主要原因

1.5 研究现状

1.5.1 工艺过程模拟的研究进展

1.5.2 结构参数与材料属性的研究

1.6 论文主要工作

第2章 PoP的加工工艺过程分析

2.1 引言

2.2 PoP封装的特点

2.2.1 PoP封装的产生

2.2.2 PoP封装的优势

2.2.3 PoP封装的结构

2.2.4 PoP封装的制作工艺过程

2.3 PoP封装遇到的挑战

2.4 本章小结

第3章 理论基础与研究方法

3.1 引言

3.2 热应力概述

3.2.1 热弹性力学的基本方程

3.2.2 求解热应力的有限元方法

3.3 电子封装热分析实验方法

3.3.1 阴影叠纹法(Shadow Moiré)在电子封装实验中的应用

3.3.2 压阻法应用于封装应力测试

3.4 电子封装热分析有限元法

3.5 本章小结

第4章 PoP封装工艺的有限元模拟

4.1 引言

4.2 工艺过程模拟的难点及解决方法

4.2.1 MC成型和冷却过程

4.2.2 回流焊过程

4.3 三维有限元模型的建立

4.3.1 建立3D有限元模型

4.3.2 材料参数的确定

4.3.3 施加边界条件和热载荷

4.4 计算结果分析

4.4.1 MC成型过程应力分析

4.4.2 回流焊过程封装的翘曲变形和应力

4.5 本章结论

第5章 PoP封装优化设计

5.1 引言

5.2 材料属性的优化

5.2.1 MC材料属性对封装翘曲的影响

5.2.2 基板材料属性对封装翘曲的影响

5.3 结构尺寸的优化

5.3.1 MC厚度对封装翘曲的影响

5.3.2 基板厚度对封装翘曲的影响

5.3.3 芯片尺寸对封装翘曲的影响

5.4 本章结论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

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摘要

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。

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