[发明专利]高密度封装内部倒装焊及填充料结构等效模型构建方法

说明书

本发明公开高密度封装内部倒装焊及填充料结构等效模型构建方法，包括：选择合适的电子封装器件，获取器件结构和材料参数；建立电子封装器件的预简化模型；计算模型简化部分等效参数；确定电子器件最终简化模型。本发明通过选取某一电子元器件建立相应有限元模型，对有限元建模中倒装焊及底填胶结构进行简化；建立预简化模型，将部分焊球层和底填胶简化为均匀层，保留外圈几层焊球细致结构；通过建立代表性体积单元，计算得到均匀化层的材料参数；通过仿真计算外层焊球圈数对焊球层危险点应力的影响，确定保留外圈二层焊球细致结构可以获得更加精确的结果，得到高密度封装中倒装焊及底填胶的最终简化模型。

技术领域

本发明属于微电子的技术领域，具体涉及高密度封装内部倒装焊及填充料结构等效模型构建方法。

背景技术

目前，高密度封装倒装焊的可靠性研究，主要集中于焊球在温度循环和振动冲击下的危险位置和疲劳寿命预测。

由于实验较为繁琐且耗时较长，因此对其研究主要集中于有限元仿真。需要指出的是，由于高密度封装中焊球尺寸小和数量大，导致建模复杂。因此需要对倒装焊部位建立等效模型以简化焊球层结构。

焊球的简化有多种形式，包括子模型法、材料均匀化法、全局-局部简化法等。但子模型法和全局-局部简化法并不能对倒装焊及底填胶的焊球阵列结构简化，并且建模较为繁琐；材料均匀化法对底填胶及焊球结构的简化更具吸引力。但由于是对所有焊球和底填胶进行完全简化，会导致模拟结果和实验结果存在较大误差，这是由于焊球失效位置主要在最外层，将最外层焊球简化会引入计算误差。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供高密度封装内部倒装焊及填充料结构等效模型构建方法，能够简化复杂有限元模型的同时保证仿真精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

高密度封装内部倒装焊及填充料结构等效模型构建方法，包括：

步骤S1，选取电子封装器件，获取器件结构参数和材料参数；

步骤S2，建立电子封装器件的预简化有限元模型；

步骤S3，获取模型简化部分等效参数；

步骤S4，确定电子器件最终有限元简化模型。

优选的，所述步骤S1中，将电子封装器件内部倒装焊间距保持一致。

优选的，所述步骤S1中，器件结构参数包括结构的长宽高，所述材料参数包括密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、传热系数和比热容。

优选的，所述步骤S2中，采用solidworks模型对所述电子封装器件进行建模，模型选定参数为热沉、热界面材料、芯片、倒装焊、填充料和陶瓷基板。

优选的，还包括：

建立多个高密度封装模型，向逐渐保留外层倒装焊圈数逐步过渡。

优选的，所述步骤S3中，采用有限元Abaqus模拟拉伸、剪切实验的方式，获得高密度封装简化部分等效参数。

优选的，所述步骤S4中，采用AnsysWorkbench对建立的预简化模型施加同样的正弦冲击载荷及约束，提取倒装焊及填充料部分应力仿真结果，若其中一预简化模型应力值与前一模型差距不高于1％时，确定高密度封装最终简化模型。