一种系统级封装热可靠性综合优化设计方法技术方案

一种系统级封装热可靠性综合优化设计方法，属于系统级封装技术领域，其特征在于：通过建立系统级封装结构模型，选取影响翘曲的因素及水平建立组合试验表，以结构翘曲为响应进行分析，利用田口方法望大特性筛选因素组合保证结构翘曲的热可靠性；将影响翘曲的筛选结果所包括的因素与微凸点尺寸组合，建立新的组合试验表后进行分析，以微凸点的热应力为响应，利用田口方法望小特性得到最优化组合结构，完成系统级封装热可靠性的综合优化设计。本发明专利技术以系统级封装结构的翘曲为基准，在保证翘曲可靠性的前提下，利用田口方法的望小特性对系统级封装结构的微凸点的热可靠性进行优化分析，得到最终的优化结构，提高系统级封装结构热可靠性。

A comprehensive optimization design method for thermal reliability of system level packaging

A comprehensive optimization design method for the thermal reliability of system level packaging belongs to the field of system level packaging technology, which is characterized in that: by establishing the system level packaging structure model, selecting the factors and levels that affect the warpage, establishing a combined test table, analyzing the response to the warpage of the structure, using Taguchi method to screen the combination of factors with large characteristics to ensure the thermal reliability of the warpage of the structure; and Based on the combination of the factors included in the warpage screening results and the size of the micro convex points, a new combined test table is established and analyzed. In response to the thermal stress of the micro convex points, the optimal combined structure is obtained by using Taguchi's small characteristics, and the comprehensive optimal design of the thermal reliability of the system level packaging is completed. Based on the warpage of the system level packaging structure, on the premise of ensuring the warpage reliability, the invention optimizes the thermal reliability of the micro convex points of the system level packaging structure by using the small characteristics of Taguchi method, obtains the final optimized structure, and improves the thermal reliability of the system level packaging structure.

【技术实现步骤摘要】
一种系统级封装热可靠性综合优化设计方法
本专利技术属于系统级封装
，尤其涉及一种系统级封装热可靠性的综合优化设计方法。
技术介绍
系统级封装技术是后摩尔定律时代的主流工艺技术之一，其具有高性能、多功能和高密度化等特点，在军事、航天、医疗、消费电子技术等领域具有显著的优势和巨大应用前景，但是系统级封装复杂的工艺结构也带来了巨大的可靠性挑战，其中热应力引起的系统级封装失效问题较为突出。在系统级封装结构生产的过程中，会经历极大的温度差变化，系统级封装结构包含多种不同材料，在温度变化时，由于热膨胀系数的不一致，所以会产生翘曲，翘曲是在生产加工流程中需要尽量避免的问题。除此之外，在系统级封装结构的可靠性研究中，微凸点的疲劳蠕变失效问题是导致整个失效的主要原因，在封装结构服役过程中，在周期性温度载荷的作用，微凸点的热疲劳和蠕变的交互作用下，使微凸点产生应力应变集中区域，从而产生裂纹，最后导致微凸点的完全失效。目前对于系统级封装结构热导致的翘曲问题和微凸点的可靠性问题的两大问题单个研究已经日臻完善，但是在实际工艺流程和产品的应用过程中往往需要同时考虑这两大问题。目前关于同时考虑系统级封装结构的翘曲问题和微凸点可靠性问题的方面的技术较少，主要原因是针对多个失效问题进行结构优化设计研究时需要同时考虑一些相关性因素的交互问题。所以，需要新的技术去完善系统级封装结构热可靠性的结构优化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足提出了一种同时考虑系统级封装结构热导致的翘曲问题和微凸点的可靠性问题的综合优化设计方法，提高系统级封装结构的热可靠性。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化设计方法，通过建立系统级封装结构模型，选取影响翘曲的因素及水平建立组合试验表，以结构翘曲为响应进行分析，利用田口方法的望大特性选择因素组合保证结构翘曲的热可靠性；将影响翘曲的分析结果所包括的因素与微凸点尺寸组合，建立新的组合试验表后进行分析，以微凸点的热应力为响应，利用田口方法的望小特性得到最优化组合结构，完成系统级封装热可靠性的综合优化设计。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化设计方法，包括如下步骤：1)建立系统级封装结构模型，包括基板、再分布层、微凸点、裸芯片和环氧塑封料；2)选取影响结构翘曲的因素并确定其水平；3)以选取的影响结构翘曲的因素建立正交试验组合，以结构的翘曲为响应条件，选取温度变化从室温到工艺温度为温度差条件,利用有限元分析软件对试验进行仿真,得到不同因素组合下的结构翘曲；4)引入田口方法的望大特性的信噪比进行优化分析，得到影响结构翘曲的因素的相关性排序；5)通过田口方法的望大特性得到最大封装结构翘曲的因素组合，同时得到最大的翘曲K，此时参考预先设定的最大标准翘曲S；若筛选因数组合的翘曲K小于标准翘曲S，直接进入下一步；若筛选因数组合的翘曲K大于标准翘曲S，剔除对结构翘曲影响最大的因素，此时再次得到剩余因素组合的最大翘曲K1，若K1仍然大于标准翘曲S，再次剔除剩余因素中的最大因素直至得到的翘曲Kn小于标准翘曲S，得到翘曲Kn下的因素组合的各个因素；6)将步骤5)得到的小于标准翘曲S所对应的翘曲的因素组合的各个因素与微凸点结构尺寸组成新的因素组合建立组合试验表，以微凸点的热应力为响应条件，利用有限元分析软件对试验进行仿真分析，得到不同组个下微凸点热应力；7)引入信噪比公式利用田口方法的望小特性进行优化分析得到最终优化结构。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化设计方法，所述影响结构翘曲的因素包括基板厚度，过模厚度，再分布层厚度，环氧塑封材料，裸芯片层厚度。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法，其特征在于：所述田口方法望大特性信噪比公式为其中为n试验次数，ki为第i次试验的结构翘曲。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法，所述有限元分析软件为COMSOL或ANSYS或ABAQUS。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法，所述微凸点结构尺寸包括微凸点的高度和微凸点的宽度。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法，其特征在于所述田口方法的望小特性信噪比公式为其中为n试验次数，σi为第i次试验的微凸点热应力。本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法，通过建立系统级封装结构模型，选取影响翘曲的因素及水平建立组合试验表，以结构翘曲为响应进行分析，利用田口方法望大特性选择因素组合保证结构翘曲可靠性；将影响翘曲的分析结果所包括的因素与微凸点尺寸组合，建立新的组合试验表后进行分析，利用田口方法望小特性得到最优化组合结构，完成系统级封装热可靠性的结构优化。本专利技术以系统级封装结构的翘曲为基准，在保证翘曲可靠性的前提下，利用田口方法的望小特性对系统级封装结构的微凸点的热可靠性进行优化分析，得到最终的优化结构，提高系统级封装结构热可靠性。附图说明图1为本专利技术所述系统级封装结构示意图；图2为本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法流程示意图；其中1-基板、2-微凸点、3-再分布层、4-环氧塑封材料、5-裸芯片、6-过模、7-铜柱。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术所述系统级封装热可靠性的综合优化方设计方法进行详细说明。通过以下技术方案予以实现：建立系统级封装结构模型，包含基板1、再分布层3、微凸点2、裸芯片5和环氧塑封材料4。筛选影响结构翘曲的相关因素A、B、C、D、E，并考虑实际工艺流程确定因素水平。其中A表示基板1厚度，B表示过模6厚度，C表示再分布层3厚度，D表示环氧塑封材料4，E表示裸芯片5层厚度；建立试验因素组合正交表，以结构的翘曲为响应条件，利用有限元分析软件对试验进行仿真，本试验采用的有限元分析软件是COMSOL。通过对系统级封装的翘曲问题进行热应力分析，得到影响结构翘曲的因素的相关性排序。利用田口方法的望大特性进行优化分析，评估关键性因素时，引入信噪比的进行对比分析。信噪比公式如下：其中为n试验次数，ki为第i次试验的结构翘曲。通过田口方法望大特性可以得到最大封装结构翘曲的因素组合，同时可以得到最大的翘曲K,此时引入不影响结构可靠性的最大标准翘曲S，如果筛选因数组合的翘曲K小于标准翘曲S，直接进入下一步；如果筛选因数组合的翘曲K大于标准翘曲S，剔除对结构翘曲影响最大的因素X，此因素水平选择为结构翘曲较小的水平，此时再次得到剩余因素组合的最大翘曲K1，如果K1仍然大于标准翘曲S，再次剔除剩余因素中的最大因素直至得到的翘曲Kn小于标准翘曲S，得到翘曲Kn下的因素组合的各个因素。通过因素的筛选保证下一步的试验产生的结构翘曲均小于标准翘曲。选择上一步得到的因素和微凸点2结构因素，建立组合试验表，以微凸点2的热应力为响应条件，利用有限元分析软件对试验进行仿真分析，利用田口方法的望小特性得到最终优化结构。在田口方法望小特性进行优化分析时，同样可以引入信噪比：其中为n试验次数，σi为第i次试验的微凸点2热应力。此优化方法的特点在于综合考虑的系统级封装的结构翘曲问题和微凸点2的失效问题。系统级封装结构的翘曲问题主要产生在生产加工流程中，而微凸点2的疲劳蠕变失效主要是发生在结构的服役过程中，所以本专利技术提出以系统级封装结构的翘曲为基准，在保证翘曲可靠性的前提下，对系统级封装结构的微凸点2的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统级封装热可靠性综合优化设计方法，其特征在于：通过建立系统级封装结构模型，选取影响翘曲的因素及水平建立组合试验表，以结构翘曲为响应进行分析，利用田口方法望大特性筛选因素组合保证结构翘曲的热可靠性；将影响翘曲的筛选结果所包括的因素与微凸点尺寸组合，建立新的组合试验表后进行分析，以微凸点的热应力为响应，利用田口方法望小特性得到最优化组合结构，完成系统级封装热可靠性的综合优化设计。

【技术特征摘要】
1.一种系统级封装热可靠性综合优化设计方法，其特征在于：通过建立系统级封装结构模型，选取影响翘曲的因素及水平建立组合试验表，以结构翘曲为响应进行分析，利用田口方法望大特性筛选因素组合保证结构翘曲的热可靠性；将影响翘曲的筛选结果所包括的因素与微凸点尺寸组合，建立新的组合试验表后进行分析，以微凸点的热应力为响应，利用田口方法望小特性得到最优化组合结构，完成系统级封装热可靠性的综合优化设计。2.根据权利要求1所述系统级封装热可靠性的综合优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：1)建立系统级封装结构模型，包括基板、再分布层、微凸点、裸芯片和环氧塑封料；2)选取影响结构翘曲的因素并确定其水平；3)以选取的影响结构翘曲的因素建立正交试验组合，以结构的翘曲为响应条件，利用有限元分析软件对试验组合进行仿真，得到不同组合下的结构翘曲；4)引入信噪比公式利用田口方法的望大特性进行优化分析，得到影响结构翘曲的因素的相关性排序；5)通过田口方法得到最大封装结构翘曲的因素组合，同时得到最大的翘曲K，此时参考预先设定的最大标准翘曲S；若筛选因数组合的翘曲K小于标准翘曲S，直接进入下一步；若筛选因数组合的翘曲K大于标准翘曲S，剔除对结构翘曲影响最大的因素，此时再次得到剩余因素组合的最大翘曲K1，若K1仍然大于标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振宇，王希望，朱本能，刘秀清，岳铮筝，倪昊睿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61