接收前端3D封装结构的可靠性模拟分析

发布时间：2021-08-11 13:36

　　针对三维芯片封装技术的需求,设计了一种基于高温共烧陶瓷（HTCC）的接收前端3D封装结构,通过有限元模型模拟分析了其可靠性。首先通过恒定加速度加载分析研究了焊盘结构可靠性;然后通过预应力模态分析研究了3D封装整体结构模态频率,通过疲劳可靠性分析研究了寿命预测模型;最后通过热模拟研究了稳态热分析以及热应力分析。结果表明:焊盘的应力应变以及位移满足其材料特性;3D封装整体结构谐振频率均在30 kHz以上;50%载荷作用下寿命为10⁶次循环,150%载荷作用下寿命为74561次循环;稳态热分析最高温度为54.2℃;热应力模拟最大应力为33.84 MPa。最终证明了该接收前端3D封装结构是可靠的,可应用在3D射频微系统封装结构设计中。 

【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(09)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

接收前端3D封装系统

在ANSYS仿真软件中建立有限元模型,如图2所示,分别为3D封装结构的上层基板与下层基板,上下层基板通过焊盘结构垂直互连。通过仿真设计与优化,最终采用焊盘半径r为0.2 mm,外围焊盘与中心焊盘的间距D为0.8 mm的类同轴焊盘结构进行设计。该类同轴焊盘结构的具体实现方式为:在互连位置预置焊盘,在焊盘上涂上焊膏,通过机器精准的对位后,采用回流焊技术实现焊盘结构的板间互连。这种方式可有效减小互连长度,提高信号的传输性能。为了研究该焊盘结构可靠性,通过简化计算量,选取整体结构中的单元焊盘结构进行有限元模拟分析。建立有限元模型,其中基板采用HTCC材料,相对介电常数为9.7,具有机械强度高、散热性好的优势。外壳采用可伐合金,内部采用GaAs芯片。板间互连焊盘结构为SnAgCu焊料,表1为本文采用的材料参数。表2为SnAgCu焊料的Anand模型参数[7]。其中A、α和n为材料常数;K为玻尔兹曼常数。

表2 SnAgCu焊料的Anand模型参数Tab.2 Anand constitutive model parameters of SnAgCu 材料参数 A(s-1) α(MPa-1) n K SnAgCu 277984 0.0247 6.47 65002.2 3D封装系统整体结构可靠性分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TSV硅转接板封装结构的力学可靠性分析[J]. 杨静,王波,刘勇.  电子与封装. 2019(10)
[2]3D堆叠封装硅通孔结构的电-热-结构耦合分析[J]. 于思佳,陈善圣,苏德淇,沈志鹏,张元祥.  电子元件与材料. 2019(04)
[3]HITCE陶瓷阵列封装板级互联可靠性研究[J]. 蒋长顺,仝良玉,张国华.  电子与封装. 2018(01)
[4]塑封互联MIS高可靠性封装及板级封装新技术[J]. 王新潮,陈灵芝.  电子与封装. 2017(07)
[5]基于Anand模型SnAgCu-X焊点疲劳寿命预测[J]. 孔达,张亮,杨帆.  焊接学报. 2017(04)
[6]新型3D射频封装结构的可靠性模拟研究[J]. 徐达,白锐,常青松,杨彦峰.  电子元件与材料. 2017(03)

硕士论文
[1]电路组件热仿真建模方法研究与热设计[D]. 高山.电子科技大学 2013



本文编号：3336254