热膨胀系数(CTE)的不同处理方法对于封装翘曲仿真的影响
随着技术的不断发展,芯片封装的集成度越来越高,尺寸也越来越大,随之而来的封装翘曲问题也越来越引起关注。影响芯片封装翘曲最主要的原因就是封装中不同材料热膨胀系数(CTE)的失配性,因此在进行封装翘曲仿真的过程中,如何使用材料的CTE值就变得尤为重要,会对仿真精度产生较大的影响。本文将对比不同CTE的处理方法给仿真结果带来的影响。
本文以常用的FCCSP封装为例,为了能够更好的对比出不同CTE的处理方法给翘曲仿真带来的影响,将采用strip形式的封装,封装尺寸为240.5*95mm,温度载荷为175℃~25℃,模拟塑封材料固化的过程。封装模型及有限元网格如下:
封装中各材料参数如下表所示:
通常情况下,我们获得到的CTE参数都如上边所示,其中包括Tg值、α1与α2,其中Tg为材料的玻璃化转化温度,α1为温度低于Tg时,材料的CTE;α2为温度高于Tg时,材料的CTE。下面将介绍不同CTE处理方法对于翘曲仿真的影响。
在这种方法中,使用公式将材料的CTE进行等效,公式为:
将以上材料参数赋给封装中相应的部分进行翘曲仿真,翘曲结果为3.51mm,表现为哭脸,结果如下:
在此种方法中,根据提供的Tg值、α1与α2将材料在关注的温度范围内的CTE曲线描述出来,如表中的ABF材料,其三段式表达为: Solder Mask材料的CTE也按照同样的方法处理,将材料属性赋给封装中相应的部分进行翘曲仿真,翘曲值为3.14mm,表现为哭脸,结果如下:
在上面两种方法中,除CTE的处理方法不同外,模型网格、边界条件、温度载荷、计算方法完全相同,但结果却相差12%,说明CTE的处理方法对仿真结果会产生较大影响。总结:在封装翘曲仿真时,等效CTE方法 会使材料CTE产生一定程度的失真,影响计算精度,需要引起注意,输入的参数越能真实的描绘出材料本身的特性,则得到的结果越精确。