3D封装中硅通孔互连技术的热机械应力分析.pptx

3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 肖明 （指导教师：杨道国 教授） 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D封装 随着电子制造产业的特征尺寸下降到20nm甚至更低，为了在一定尺寸的芯片上实现更多的功能，同时避免高密度下2D封装的长程互连造成的RC延迟，研究者们把目光投向了Z方向封装——3D封装。 3D封装类型 埋置型3D封装 有源基板型3D封装 叠层型3D封装 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 硅通孔技术(TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的必威体育精装版技术。 由于TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。 TSV的优势： 缩小封装尺寸 高频特性出色，减小传输延时降低噪声 降低芯片功耗，TSV可将硅锗芯片的功耗降低大约40% 热膨胀可靠性高 第四代封装技术 TSV技术 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 TSV技术的可靠性问题 TSV技术的可靠性问题包括：铜填充的硅通孔在周期性温度变化的情况下因为铜硅热失配导致硅通孔开裂;硅通孔与凸点连接的金属间化合物的在应力作用下的断裂；使用硅通孔多层堆叠的芯片的散热问题等等。 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 本文采用的TSV 3D模型 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV封装的有限元模型 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV封装模型的分割 图形模型 PCB、焊球和基板 切割后图形 芯片和垫圈切割图形 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV 有限元模型 单元划分 整体单元划分图形 TSV整体部分单元划分 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV 有限元模型 的单元划分 PCB、焊球和基板部分 的单元划分图形 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV 有限元模型 单元划分 TSV的单元划分 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 TSV介绍 3D TSV 有限元模型 单元划分 焊球和焊盘的 单元划分 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 热稳态分析 稳态温度场分析     3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 热稳态分析   3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 热稳态分析 热稳态分析结论： 在本论文所用的模型中，通过分析不同情况下的模型和TSV的温度场可以看出，整体模型在PCB边缘位置温度最低，而对于TSV而言，在芯片的边缘的TSV的温度最低，且温度从此处向两边逐渐提高；另外，叠层芯片从上层至最下面的一层，TSV的温度逐渐下降；通过对不同热传导系数的温度场进行分析，随着垫圈的热传导系数的提高，散热效果越好，温度越低，温度梯度越小，但是变化并不明显。 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 温度循环实验的有限元分析 载荷曲线 单元类型 焊球采用visco 107粘塑形变形单元，其他部分采用solid 45单元 材料参数 杨氏模量，泊松比，热膨胀系数（焊球还有Anand本构方程的参数） 约束条件 底面全约束；对称面对称约束 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 应力分析； 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 热稳态分析 温度循环分析 温度冲击分析 展望谢辞 应变分析； 3D封装中硅通孔互连技术的热-机械应力分析 TSV介绍 热稳态分析