CoF封装的热与弯曲特性仿真研究

发布时间：2016-12-13 12:14

  本文关键词：CoF封装的热与弯曲特性仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《清华大学》 2015年

CoF封装的热与弯曲特性仿真研究

陈钏  

【摘要】：由于柔性基板具有结构轻、薄、灵活,可弯曲、卷曲和折叠等显著优越性,因此基于柔性基板的3-D封装与CoF(Chip on Flex)封装技术迅速发展起来。随着封装芯片功率增大,芯片堆叠增加,热特性成为重要问题。另外,为了应用于柔性电子产品中,要求CoF封装弯曲半径不断减小,并能循环弯曲,弯曲特性也成为越来越受关注的问题。本文运用有限元仿真的方法模拟预测了CoF封装的热特性以及CoF封装的弯曲特性,并通过热阻测试验证了热仿真的合理性。热特性方面,考虑到柔性基板的电路层分布对基板的热导率影响很大,为了得到准确的热导率参数,本文使用了两种热导率等效方法——边长加权法和图像识别法进行基板热导率的计算。将两种方法计算所得的基板等效热导率输入,分别对样品进行热阻仿真,得到样品的热阻。通过瞬态热响应方法,测试得到样品的真实热阻。对比测试结果与仿真结果,边长加权法的仿真值与实际测量值的误差为8.8%,图像识别法的仿真值与实际测量值误差为5.5%。由此可知,两种方法均能得到比较好的仿真结果,且图像识别法的仿真结果更加准确。最后,通过分析温度分布,提出了两种CoF封装的改进结构,运用仿真的方法,证明两种改进结构对减小热阻均有明显效果,并考虑工艺的差异,提出了合理建议。弯曲特性方面,分别研究了CoF封装的最大弯曲和弯曲疲劳寿命。在本文中,使用弯曲时基板两端的距离来反映CoF封装的弯曲程度。对于最大弯曲,在芯片的最大拉应力和金凸点键合面最大剪切应力实际测量值的基础上,考虑1.5的安全系数,得到被仿真CoF封装的最大弯曲为基板两端距离不能小于3808μm。对于弯曲疲劳寿命,首先建立了一个适用于常温、高频循环应变下的焊点疲劳寿命预测方程,应用建立的预测方程计算出焊点的疲劳寿命。然后,使用已有的寿命预测方程预测了基板的疲劳寿命。经过对比可知,基板疲劳寿命比焊点小很多,所以CoF封装弯曲疲劳寿命主要由基板决定,为30480次循环。最后,研究了芯片厚度和基板厚度对弯曲特性的影响,得到了CoF封装芯片与基板厚度的优化值,芯片厚度为40μm,基板厚度为55μm。通过以上研究,得到了针对CoF封装基板热导率的等效,常温、高频循环应变下焊点疲劳寿命的预测,CoF封装最大弯曲与弯曲疲劳寿命的预测的仿真方法。

【关键词】：
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN405
【目录】：

摘要3-4

Abstract4-9

第1章 绪论9-20

1.1 引言9

1.2 柔性基板封装9-11

1.2.1 柔性基板封装的基本结构9-10

1.2.2 柔性基板封装面临的问题10-11

1.3 封装工艺的有限元仿真11-17

1.3.1 FEA的热特性研究现状11-14

1.3.2 疲劳寿命预测研究现状14-16

1.3.3 仿真面临的挑战16-17

1.4 焊点本构模型17-18

1.5 研究内容18-20

1.5.1 工艺仿真与验证18-19

1.5.2 参数优化的研究19-20

第2章 理论基础20-28

2.1 热学理论20-25

2.1.1 散热形式20-21

2.1.2 封装热阻21-22

2.1.3 热阻测试方法22-25

2.2 粘塑性Anand模型25-26

2.3 疲劳寿命预测理论26-27

2.4 本章小结27-28

第3章 热特性仿真28-42

3.1 几何模型的建立28-30

3.1.1 样品尺寸28-29

3.1.2 建立几何模型29-30

3.2 热导率等效30-33

3.2.1 边长加权法31-32

3.2.2 图像识别法32-33

3.3 网格划分与边界条件加载33-35

3.4 仿真结果与验证35-38

3.4.1 仿真结果35-36

3.4.2 实验验证36-37

3.4.3 结果分析37-38

3.5 结构优化38-40

3.6 本章小结40-42

第4章 疲劳寿命预测方程42-51

4.1 测试结构设计与制作42-44

4.2 剪切应变计算44-46

4.3 -曲线获取46-49

4.4 建立疲劳寿命预测方程49-50

4.5 本章小结50-51

第5章 弯曲特性仿真51-70

5.1 建立仿真模型51-55

5.1.1 几何模型51-53

5.1.2 材料模型53-55

5.2 网格划分与边界条件加载55-57

5.3 最大弯曲57-60

5.4 疲劳寿命的计算60-62

5.5 结构尺寸对弯曲特性的影响62-68

5.5.1 芯片厚度对弯曲特性的影响62-65

5.5.2 基板厚度对弯曲特性的影响65-68

5.6 本章小结68-70

第6章 结论与展望70-72

6.1 结论70-71

6.2 展望71-72

参考文献72-76

附录A 热导率等效图形识别法MATLAB代码76-82

附录B 最大剪切应变求解代码82-83

附录C 疲劳寿命预测方程拟合代码83-84

附录D 焊盘位置分布84-85

致谢85-87

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果87

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