微光机电系统封装芯片粘结剂层温度循环应力应变分析

发布时间：2019-09-28 14:32

【摘要】：对微光机电系统(micro optical electro mechanical systems,MOEMS)芯片粘结剂层进行了温度循环应力应变有限元分析.以粘结剂厚度、溢出高度和溢出宽度三个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了25种不同水平组合的粘结剂层,获取了25组应力应变数据并进行方差分析.结果表明,在置信度95%时,粘结层厚度和溢出宽度对应力有显著影响;粘结层厚度对应变有显著影响;各因素对应力应变影响排序为:粘结层厚度影响最大,其次是溢出宽度,最后是溢出高度;粘结剂层内最大应力应变随粘结剂层厚度和溢出宽度的增加而减小.
【图文】：

参考图,芯片封装,有限元模型

第1期梁颖，等:微光机电系统封装芯片粘结剂层温度循环应力应变分析7高度，工艺上通常用百分比来表征粘结剂的溢出高度，，即粘结剂的溢出相对于芯片高度的百分比值［3］．参考图1所示，此时模型中粘结剂的溢出高度h为50%，溢出宽度w取为0．2mm(即粘结剂在芯片的长度和宽度方向上均溢出0．2mm)，粘结剂厚度b取为0．1mm．图1MOEMS芯片封装有限元模型Fig.1FEAmodelofMOEMSpackage在MOEMS芯片封装结构中，基板的材料为陶瓷，芯片为硅材料，密封环和窗框体材料为KOVAＲ合金，光窗口材料为Corning7056，各组成部分材料参数见表1所示．芯片粘结剂为聚合物材料，其弹性模量参数选用为随温度变化的弹性模量［4］．表1材料参数Table1Materialproperties材料弹性模量E/MPa热膨胀系数αl/10－6℃－1泊松比μ芯片1310002．800．30陶瓷基板3700006．800．22光窗框及密封环205．300．32光窗口9．25．150．21粘结剂见文献［4］中图348．00．40MOEMS芯片封装有限元模型中各个组成部分均采用SOLID45实体单元，划分为65168个单元、79592个节点．对有限元模型施加的温度循环加载条件是:低温保温温度－55℃，高温保温温度125℃，高温和低温的保温时间均为25min，升温和降温的速率均为20℃/min．在周期加载条件下，零应力应变参考温度选取为125℃［5－7］．采用5个温度循环周期进行有限元分析计算，对模型施加的边界条件是:陶瓷基板底部四个角点施加全约束．1．2粘结剂层温度循环应力应变有限元分析结果采用范米塞斯等效应力应变(以下简称应力应变)描述MOEMS芯片封装结构内的应力应变分布状态．温度循环加载条件下第五循环周期低温保温结束时刻MOEMS芯片封装结构内应力应变有限元分析结果如图2和图3所示．

云图,粘结层,应变分布,等效应力

条件是:低温保温温度－55℃，高温保温温度125℃，高温和低温的保温时间均为25min，升温和降温的速率均为20℃/min．在周期加载条件下，零应力应变参考温度选取为125℃［5－7］．采用5个温度循环周期进行有限元分析计算，对模型施加的边界条件是:陶瓷基板底部四个角点施加全约束．1．2粘结剂层温度循环应力应变有限元分析结果采用范米塞斯等效应力应变(以下简称应力应变)描述MOEMS芯片封装结构内的应力应变分布状态．温度循环加载条件下第五循环周期低温保温结束时刻MOEMS芯片封装结构内应力应变有限元分析结果如图2和图3所示．图2芯片与粘结层等效应力应变分布云图Fig.2Equivalentstressandstraindistributionondieandadhesivefillet图3粘结层等效应力应变分布云图Fig.3Equivalentstressandstraindistributiononadhe-sivefillet图2所示为芯片和粘结层粘接为一体时的等效应力应变分布，图3所示为粘结层内的应力应变分布．从图2和图3中可见，温度循环加载下，MOEMS芯片与粘结层内的等效应力和应变分布是不均匀的，粘结剂层内的应力应变要大于芯片上的应力应变;对于图3所示的粘结剂层而言，最大应力应变出现于与芯片接触的四个角部，并且应力应变从与芯片下端外边缘接触处向中心逐渐减小，最大应力和最大应变分别为74．4MPa和0．010172．由于最大
【作者单位】：成都航空职业技术学院电子工程系;桂林电子科技大学机电工程学院;桂林航天工业学院汽车与动力工程系;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51465012) 广西壮族自治区自然科学基金资助项目(2015GXNSFCA139006,2013GXNSFAA019322) 四川省教育厅科研资助项目(13ZB0052)
【分类号】：TN405

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