本文關(guān)鍵詞：CoF封裝的熱與彎曲特性仿真研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《清華大學(xué)》 2015年

CoF封裝的熱與彎曲特性仿真研究

陳釧  

【摘要】：由于柔性基板具有結(jié)構(gòu)輕、薄、靈活,可彎曲、卷曲和折疊等顯著優(yōu)越性,因此基于柔性基板的3-D封裝與CoF(Chip on Flex)封裝技術(shù)迅速發(fā)展起來。隨著封裝芯片功率增大,芯片堆疊增加,熱特性成為重要問題。另外,為了應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品中,要求CoF封裝彎曲半徑不斷減小,并能循環(huán)彎曲,彎曲特性也成為越來越受關(guān)注的問題。本文運用有限元仿真的方法模擬預(yù)測了CoF封裝的熱特性以及CoF封裝的彎曲特性,并通過熱阻測試驗證了熱仿真的合理性。熱特性方面,考慮到柔性基板的電路層分布對基板的熱導(dǎo)率影響很大,為了得到準(zhǔn)確的熱導(dǎo)率參數(shù),本文使用了兩種熱導(dǎo)率等效方法——邊長加權(quán)法和圖像識別法進行基板熱導(dǎo)率的計算。將兩種方法計算所得的基板等效熱導(dǎo)率輸入,分別對樣品進行熱阻仿真,得到樣品的熱阻。通過瞬態(tài)熱響應(yīng)方法,測試得到樣品的真實熱阻。對比測試結(jié)果與仿真結(jié)果,邊長加權(quán)法的仿真值與實際測量值的誤差為8.8%,圖像識別法的仿真值與實際測量值誤差為5.5%。由此可知,兩種方法均能得到比較好的仿真結(jié)果,且圖像識別法的仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后,通過分析溫度分布,提出了兩種CoF封裝的改進結(jié)構(gòu),運用仿真的方法,證明兩種改進結(jié)構(gòu)對減小熱阻均有明顯效果,并考慮工藝的差異,提出了合理建議。彎曲特性方面,分別研究了CoF封裝的最大彎曲和彎曲疲勞壽命。在本文中,使用彎曲時基板兩端的距離來反映CoF封裝的彎曲程度。對于最大彎曲,在芯片的最大拉應(yīng)力和金凸點鍵合面最大剪切應(yīng)力實際測量值的基礎(chǔ)上,考慮1.5的安全系數(shù),得到被仿真CoF封裝的最大彎曲為基板兩端距離不能小于3808μm。對于彎曲疲勞壽命,首先建立了一個適用于常溫、高頻循環(huán)應(yīng)變下的焊點疲勞壽命預(yù)測方程,應(yīng)用建立的預(yù)測方程計算出焊點的疲勞壽命。然后,使用已有的壽命預(yù)測方程預(yù)測了基板的疲勞壽命。經(jīng)過對比可知,基板疲勞壽命比焊點小很多,所以CoF封裝彎曲疲勞壽命主要由基板決定,為30480次循環(huán)。最后,研究了芯片厚度和基板厚度對彎曲特性的影響,得到了CoF封裝芯片與基板厚度的優(yōu)化值,芯片厚度為40μm,基板厚度為55μm。通過以上研究,得到了針對CoF封裝基板熱導(dǎo)率的等效,常溫、高頻循環(huán)應(yīng)變下焊點疲勞壽命的預(yù)測,CoF封裝最大彎曲與彎曲疲勞壽命的預(yù)測的仿真方法。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN405
【目錄】：

摘要3-4

Abstract4-9

第1章 緒論9-20

1.1 引言9

1.2 柔性基板封裝9-11

1.2.1 柔性基板封裝的基本結(jié)構(gòu)9-10

1.2.2 柔性基板封裝面臨的問題10-11

1.3 封裝工藝的有限元仿真11-17

1.3.1 FEA的熱特性研究現(xiàn)狀11-14

1.3.2 疲勞壽命預(yù)測研究現(xiàn)狀14-16

1.3.3 仿真面臨的挑戰(zhàn)16-17

1.4 焊點本構(gòu)模型17-18

1.5 研究內(nèi)容18-20

1.5.1 工藝仿真與驗證18-19

1.5.2 參數(shù)優(yōu)化的研究19-20

第2章 理論基礎(chǔ)20-28

2.1 熱學(xué)理論20-25

2.1.1 散熱形式20-21

2.1.2 封裝熱阻21-22

2.1.3 熱阻測試方法22-25

2.2 粘塑性Anand模型25-26

2.3 疲勞壽命預(yù)測理論26-27

2.4 本章小結(jié)27-28

第3章 熱特性仿真28-42

3.1 幾何模型的建立28-30

3.1.1 樣品尺寸28-29

3.1.2 建立幾何模型29-30

3.2 熱導(dǎo)率等效30-33

3.2.1 邊長加權(quán)法31-32

3.2.2 圖像識別法32-33

3.3 網(wǎng)格劃分與邊界條件加載33-35

3.4 仿真結(jié)果與驗證35-38

3.4.1 仿真結(jié)果35-36

3.4.2 實驗驗證36-37

3.4.3 結(jié)果分析37-38

3.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化38-40

3.6 本章小結(jié)40-42

第4章 疲勞壽命預(yù)測方程42-51

4.1 測試結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作42-44

4.2 剪切應(yīng)變計算44-46

4.3 -曲線獲取46-49

4.4 建立疲勞壽命預(yù)測方程49-50

4.5 本章小結(jié)50-51

第5章 彎曲特性仿真51-70

5.1 建立仿真模型51-55

5.1.1 幾何模型51-53

5.1.2 材料模型53-55

5.2 網(wǎng)格劃分與邊界條件加載55-57

5.3 最大彎曲57-60

5.4 疲勞壽命的計算60-62

5.5 結(jié)構(gòu)尺寸對彎曲特性的影響62-68

5.5.1 芯片厚度對彎曲特性的影響62-65

5.5.2 基板厚度對彎曲特性的影響65-68

5.6 本章小結(jié)68-70

第6章 結(jié)論與展望70-72

6.1 結(jié)論70-71

6.2 展望71-72

參考文獻72-76

附錄A 熱導(dǎo)率等效圖形識別法MATLAB代碼76-82

附錄B 最大剪切應(yīng)變求解代碼82-83

附錄C 疲勞壽命預(yù)測方程擬合代碼83-84

附錄D 焊盤位置分布84-85

致謝85-87

個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果87

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本文編號：211568