jyx123321的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/jyx123321 高分子材料/复合材料/物理凝胶 山东大学材料科学与工程学院教授

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一种电子封装体内温度和应变的在线监测方法及装置 精选

已有 4157 次阅读 2023-1-15 10:29 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记

随着电子技术的进步、现代信息技术的高速发展,电子系统的功能不断增强,元器件安装和布线密度越来越高,对电子封装可靠性的要求就越来越高,但是电子系统的面积、良率、复杂工艺和成本的矛盾却难以调和。为了解决这些问题,2.5D/3D封装势在必行。2.5D/3D封装就是在封装体的面内/垂直方向上布置或堆叠多个芯片,把一颗原来需要一次性流片的大芯片,改为若干颗小面积的芯片,然后通过先进的封装工艺,将这些小面积的芯片组装成一个封装体,从而实现原来单颗大芯片所具有的功能和性能。然而,先进封装技术在带来缩短互连、提升性能、降低功耗等优势的同时,其复杂的生产工艺和异质异构的封装结构也对制造和使役过程中封装体的可靠性提出了更多挑战,诸如热机械可靠性问题,常见的问题是:叠层的增多会导致封装体内温度过高,诱发热应力问题。因此,对于先进封装结构的在线检测变得愈发重要。

塑料封装流程一般分为两个部分:用塑料封装(固封)之前的工艺步骤称为前段操作,塑料封装的工艺步骤称为后段操作。目前使用的大部分电子封装材料是环氧模塑料(Epoxy Molding CompoundEMC),其物理性质均衡,有很多优点,例如:高粘接性、低收缩性、高电绝缘性。但是在封装过程中,环氧模塑料与半导体芯片之间的热膨胀系数(Coefficient  of  Thermal  ExpansionCTE)不匹配,在环氧模塑料化学反应基本完成之后的快速降温阶段,EMC发生了比半导体芯片更大的冷收缩,此时EMC/半导体芯片的界面应力急剧增大,使得半导体芯片受到面内方向的压应力、EMC受到面内方向的拉应力且很难松弛。

3D封装结构一般有两种形式:一种形式是半导体芯片四周的EMC较厚,上方的EMC较薄;另一种形式是上方的半导体芯片无EMC包覆,半导体芯片上方处于裸露状态,目的是为了加强散热。在半导体芯片四周的EMC都较厚而上方的EMC较薄甚至没有的情况下,这种自身很薄的半导体芯片就容易因面内受压而发生变形甚至失稳、屈曲的情形,进而可能导致半导体芯片内的功能材料发生层间剪切损伤和拉伸损伤、脆性的功能材料层内因微弯而致的拉伸损伤和压缩损伤、半导体芯片/载板/焊点界面的面内剪切损伤或法向剥离的损伤。如果不能可靠地控制这部分应力的大小,将会对半导体芯片的性能和可靠性产生影响,造成焊点疲劳断裂、芯片翘曲、界面开裂等现象,导致芯片失效。

本发明为了解决上述问题,提出了一种电子封装体内温度和应变的在线监测方法及装置,本发明利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg GratingFBG)监测电子封装过程和/或使役过程中温度和应变的实时变化情况。

 




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