液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元仿真

激光切割玻璃基板是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。为了掌握切割过程中热应力场的动态分布,提高切割质量,提出了一种热应力场的仿真方法。在有限元软件Ansys环境下,建立了三维液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元分析模型。采用间接法方式对温度场和热应力场进行耦合;通过APDL参数化编程语言,实现了对激光移动热源及射流冲击换热模型的仿真。仿真结果表明:在切割过程中,激光照射区内表现为压应力,压应力最大值出现在热源中心处;在激光光斑前、后一段距离内及冷却点附近均表现为拉应力。增大冷却效果及减小冷却点与激光光斑间的距离,均可增大拉应力δy的值。     

超薄芯片叠层封装器件热可靠性分析

采用通用有限元软件MSC.Marc,模拟分析了一种典型的多层超薄芯片叠层封装器件在经历回流焊载荷后的热应力及翘曲分布情况,研究了部分零件厚度变化对器件中叠层超薄芯片翘曲、热应力的影响。结果表明:在整个封装体中,热应力最大值(116.2 MPa)出现在最底层无源超薄芯片上,结构翘曲最大值(0.028 26 mm)发生于模塑封上部边角处。适当增大模塑封或底层无源芯片的厚度或减小底充胶的厚度可以减小叠层超薄芯片组的翘曲值;适当增大底层无源超薄芯片的厚度(例如0.01 mm),可以明显减小其本身的应力值10 MPa以上。     

互连宽度对铜互连应力可靠性的影响

基于Cu的随动强化模型,用二维有限元分析方法,模拟分析了不同互连宽度对Cu互连热应力分布的影响。研究发现,当互连尺寸减小到一定宽度后,静水应力先减小,后略有增加;随线宽的减小,等效塑性应变的最大值逐渐减小,塑性应变最大值的位置由Cu互连上界面处转向Cu互连上界面边角处,而发生等效塑性应变的区域先减小后增加。讨论了在不同Cu互连结构条件下,应力状态和塑性应变对Cu互连可靠性的影响。     

应力水平对激光冲击强化圆角疲劳寿命的影响

为了研究不同应力水平（疲劳试验过程中应力最大值）下,激光冲击强化对圆角结构疲劳寿命的影响,对半径为3mm的TC4-DT钛合金圆角试样进行了激光冲击试验,接着对试样进行拉-拉疲劳试验,在疲劳试验过程中采用的两种应力水平分别为385MPa和423MPa,应力比r=0.1,并通过扫描电子显微镜对疲劳断口进行分析。结果表明,激光冲击强化后,疲劳源从圆角表面向内部移动,且疲劳辉纹宽度减小,圆角结构疲劳寿命得到提高;当应力水平从385MPa增大至423MPa时,圆角疲劳寿命增益由246.2%减小至111.8%;激光冲击强化后,圆角结构表面形成一定深度的参与压应力,疲劳性能得到提高;但随着应力水平增大,激光冲击强化对圆角结构疲劳寿命的增益减小。该结果为针对薄弱区域强化而抑制疲劳裂纹萌生的研究具有指导意义。     

128×128元锑化铟红外焦平面探测器热-应力耦合分析

考虑探测器在热冲击过程中由于传导降温非均匀引起的温度梯度分布,借助ANSYS软件对温度梯度影响下的锑化铟探测器进行热-应力耦合分析。依据热分析结果得到了热冲击下探测器的降温时间曲线,以此为基础进行热-应力耦合分析得到了探测器的应力分布,并以温度、时间为参考量将热冲击过程中InSb芯片上应力最大值变化与传统均匀降温方式下的应力最大值变化进行对比,结果表明器件内部存在温度梯度时,InSb芯片上的应力增加呈现出先快后慢现象,明显不同于均匀降温的线性增加;且应力增加主要集中在热冲击初始0～0.5 s时间段,如此短时间段内应力的急剧增加将严重影响探测器的可靠性。最后对传导降温方式下应力变化可能引起InSb芯片失效的原因进行了初步探讨,这对预测裂纹的发生提供了一定的帮助。     

D2-FBGA热循环载荷下的结构参数优化

利用动态机械分析仪(DMA),测定环氧模塑封材料(EMC)的粘弹性数据;经过数据拟合处理,得到有限元仿真所需的相关参数.将D2-FBGA中芯片厚度、粘结剂厚度、部分EMC厚度及基板厚度作为优化参数,选用正交实验设计,建立了这四个参数的正交表;并用MSC、 Marc,计算了D2-FBGA在热循环载荷下的热应力分布.通过统计软件stata,建立了最大等效应力与上述参数的关系的回归方程;分析了各个结构参数对器件最大等效应力的影响程度;使用单纯形法,得出一组最优结构参数及对应的最大等效应力值.结果表明:通过优化,器件的最大等效应力从(90.58 MPa)下降到66.84 MPa,优化效果明显.     

N电极结构尺寸和材料对探测器热应力影响

温度冲击下锑化铟(In Sb)面阵探测器典型碎裂统计结果表明,起源于N电极区域的裂纹在芯片碎裂中占据主导。为研究温度冲击下N电极结构尺寸和材料选取对In Sb红外面阵探测器所积累热应力的影响,借助ANSYS软件,基于"先分割,后等效"的建模思想,建立了128×128 In Sb红外面阵探测器结构分析模型。模拟结果显示,随着N电极厚度的增加,In Sb芯片和N电极上累积的热应力极值和Z方向应变极值都呈现出减小趋势,即N电极越薄,In Sb芯片和N电极上热应力和应变极值越大。在N电极选取金和铟两种不同材料时,In Sb芯片和N电极上累积的热应力极值也发生迥然不同的变化:选金做N电极时,In Sb芯片上累积热应力极值为503 MPa,在选用铟材料时,其值进一步增加到918 MPa;但此时N电极上热应力极值不是增大,而是从242 MPa下降到2.82 MPa,减小了两个数量级。这表明N电极结构尺寸和材料的变化对In Sb芯片和N电极上热应力/应变有较大的影响。因此,如能选取合适N电极结构尺寸和材料,将有助于减小芯片和N电极应力集中现象,从而降低探测器碎裂几率。     

基于三维多芯片柔性封装的热应力分析

利用ANSYS软件针对一种三维多芯片柔性封装结构进行建模,通过有限元2D模型模拟该封装结构在热循环温度-40~125℃条件下产生的热应力/应变情况,讨论了芯片厚度、基板厚度、微凸点高度及模塑封材料对热应力/应变的影响。结果表明,三维多芯片柔性封装体的等效热应力发生在微凸点与芯片的连接处,其数值随着芯片厚度的减薄呈递减趋势;基板厚度也对热应变有一定的影响;增加微凸点高度有利于减小等效热应力;通过比较塑封材料得知,采用热膨胀系数较大,且杨氏模量与温度的依赖关系较强的模塑封材料进行塑封会产生较大应变。     

多种结构硅通孔热应力仿真分析

硅通孔(TSV)技术是实现三维封装的一种关键技术。通过有限元分析方法,研究了三种结构硅通孔的热应力,提出聚对二甲苯填充结构在热应力方面的优越性。为了进一步研究聚对二甲苯填充结构的TSV热应力,选用不同聚对二甲苯直径、高度、硅通孔的尺寸和深宽比进行仿真,得出一系列优化结论:随着聚对二甲苯直径的增大,等效应力先增大后减小;增大聚对二甲苯的高度、减小硅通孔的直径和深宽比,有利于优化热应力;深宽比大于4时,三种结构的热应力均趋于平稳。     

界面粗糙度对硅通孔结构界面分层的影响

硅通孔(TSV)结构是三维互连封装的核心,针对其热可靠性问题,基于ANSYS有限元分析软件分别构建光滑和粗糙两种界面形貌的TSV结构分析模型,模拟计算了两种界面下TSV结构的热应力和界面分层裂纹尖端能量释放率,通过对比分析研究了界面粗糙度对TSV结构界面分层的影响。结果表明,温度载荷下粗糙界面上热应力呈现出明显的周期性非连续应力极值分布,且极值点位于粗糙界面尖端点。界面分层裂纹尖端能量释放率也呈周期性振荡变化。降温下,粗糙界面尖端点附近能量释放率明显大于光滑界面稳态能量释放率;升温下,粗糙界面能量释放率总体上呈现出先增大后减小的变化趋势。     

挠性光电印制电路板工艺光纤特性仿真与测试

挠性光电印制电路板(Flexible Electro-Optical Printed Circuit Board, FEOPCB)在高温层压制作过程中,埋入光纤会产生热应力,造成光纤损坏等缺陷,影响其可靠性和高速信号传输性能。为了降低FEOPCB弯曲半径并提升其可靠性,将在双面覆铜聚酰亚胺(PI)基板上设计制作高精度矩形光纤定位槽。首先建立有/无涂覆层光纤埋入挠性基板有限元仿真模型,对FEOPCB制造工艺进行模拟仿真,并对埋入光纤应力及影响因素进行分析。结果表明,有涂覆层光纤所受应力远小于无涂覆层光纤。针对有涂覆层光纤,采用激光刻蚀技术在双面覆铜PI基板上制作了高精度矩形定位槽,通过高温层压工艺完成了FEOPCB制作。FEOPCB完成了温度冲击、低温、高温、湿热和10万次弯曲疲劳可靠性试验,利用光学显微镜观察分析,埋入光纤无高温降解和破裂等缺陷。FEOPCB最小弯曲半径小至2 mm,弯曲损耗分别为0.57 dB (90°)和1.12 dB (180°),且相邻光纤之间无串扰,在850 nm波长条件下通信速率可达10 Gbps,误码率小于10^-16。     

衬底温度对电子束沉积LaF3薄膜性能的影响

采用电子束沉积的方法分别在K9玻璃、紫外熔凝石英和Si基片上制备了LaF3单层膜,研究了衬底温度对LaF3薄膜结构和光学性能的影响.衬底温度从200℃上升到350℃,间隔为50℃,用分光光度计测量样品的透射率光谱曲线,并进行光学常数的计算.利用原子力显微镜(AFM)进行表面粗糙度的标定,利用ZYGO干涉仪测量基板镀膜前...     

以均匀设计法对SCSP器件工艺参数的优化

利用有限元法研究了堆叠芯片封装(SCSP)器件在封装工艺过程中的热应力分布。将工艺过程中的固化温度、升温速率等工艺参数作为优化变量,采用均匀设计方法对其进行了优化组合,并为后续的回归分析产生样本点。通过回归分析得出工艺参数与最大等效应力之间的回归方程,并将回归方程作为优化算法近似的数学模型。结果表明:最大等效应力出现在EMC固化工艺中,所以在固化阶段SCSP器件容易产生可靠性问题。通过优化,最大等效应力由222.4MPa下降到了169.0MPa。     

ZTA陶瓷基板力学和光学性能的研究

以α-Al2O3粉体为主相材料,添加不同含量的ZrO2(体积分数0%~28%),采用流延成型工艺和常压烧结方法制备ZTA陶瓷样品,研究ZrO2的含量、气孔率、基板厚度以及白度对ZTA陶瓷基板力学和光学性能的影响。结果表明:随ZrO2含量增加,断裂韧性和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势,ZrO2含量为体积分数20%时达到最大值,分别为5.7 MPa·m1/2和865 MPa;当ZrO2含量低于体积分数12%时,随气孔率增加,反射率升高;此外,ZTA陶瓷基板的厚度增加,反射率升高;白度下降,反射率也随之降低。最终制备出一种反射率达到100.7%,满足LED高光效需求的ZTA陶瓷基板。     

The coupling effects of temperature,electric current and stress on the adhesion and electrical properties of COG assembly

This paper reports the adhesion and electrical properties of chip-on-glass (COG) assembly undergoing the coupling loads of temperature, electric current and stress (hygrothermal stress or thermal stress). Firstly, the effects of loading rate and coupling loads on the adhesive force of COG assembly were studied by shear test. The maximum shear force of COG assembly firstly increases and then decreases with increasing loading rate in range of 10–70 μm/s, peaks at the loading rate of 50 μm/s. When the COG assembly was exposed in the coupling loads of temperature, electric current and hygrothermal stress, its maximum shear force decreases with the increase of hygrothermal aging time. However, as for thermal cycling aging time increases, the maximum shear force increases initially and then decreases for the COG assembly under the coupling loads of temperature, electric current and thermal stress. The functions of the maximum shear force with aging time were obtained by fitting experiment data. Secondly, the real-time resistances of COG assembly during shear test and aging process were detected using two-point probe. In shear process, the real-time resistance increases insignificantly in elastic deformation stage but increases rapidly in viscoelastic deformation stage prior to the fracture. Due to the combined influences of temperature, electric current and stress, the resistance increases remarkably with the increase of hygrothermal aging time and it increases slightly with the increase of thermal cycling aging time. However, the real-time resistance exhibits circulation changes corresponding to thermal cycling. Finally, the relationship of resistance with the maximum shear force of energized COG assembly versus environmental aging times was studied.     

晶圆尺寸级封装器件的热应力及翘曲变形

晶圆尺寸级封装(WLCSP)器件的尺寸参数和材料参数都会对其可靠性产生影响。使用有限元分析软件MSCMarc,对EPS/APTOS生产的WLCSP器件在热循环条件下的热应力及翘曲变形情况进行了模拟,分析了器件中各个尺寸参数对其热应力及翘曲变形的影响。结果表明:芯片厚度、PCB厚度、BCB厚度和上焊盘高度对WLCSP的热应力影响较为明显。其中,当芯片厚度由0.25mm增加到0.60mm时,热应力增加了21.60MPa;WLCSP的翘曲变形主要受PCB厚度的影响,当PCB厚度由1.0mm增加到1.60mm时,最大翘曲量降低了20%。     

热循环参数及基板尺寸对焊点可靠性的影响

采用Ansys软件建立BGA倒装芯片模型考察焊点的热应力。通过改变热循环保温时间、温度范围和最高温度,研究各参数对焊点热疲劳寿命的影响,同时也考察了基板的长度和厚度的影响。采用Coffin-Manson方程计算并比较热循环寿命。结果表明:随着热循环高低温停留时间、温度范围以及最高热循环温度的增大,热循环寿命减小,最小寿命为879周;同时热循环寿命也随着基板长度和厚度的增大而减小。     

沉积温度对电子束蒸发HfO2薄膜残余应力的影响

采用电子束蒸发沉积方法在BK7玻璃基底和熔融石英基底上沉积了HfO2薄膜,研究了不同沉积温度下的应力变化规律。利用ZYGO干涉仪测量了基片镀膜前后曲率半径的变化,计算了薄膜应力。结果发现在所考察的实验条件下HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随沉积温度的升高先增大后减小。两种基底上薄膜的残余应力的主要产生机制不同。对于BK7玻璃基底HfO2薄膜的残余应力起决定作用的是内应力,熔融石英基底上HfO2薄膜的残余应力在较低沉积温度下制备的薄膜起决定作用的是热应力,在沉积温度进一步升高后内应力开始起决定作用。通过对样品的X射线衍射(XRD)测试,发现在所考察的温度范围内,HfO2薄膜的结构发生了晶态转换,这一结构转变与薄膜残余应力的变化相对应。两种基底上薄膜微结构的演变及基底性能差异是两种基底上薄膜应力不同的主要原因。     

外延BiFeO_3薄膜的温度特性

基于Landau-Devonshire唯象理论,采用等效衬底晶格常数的方法,并拟合了磁刚度系数的温度函数,对多铁性外延BiFeO3薄膜的铁电性和磁性进行了研究。结果表明,70nm厚薄膜的磁化强度在10～731℃先增加后减小,在371℃时有最大值64569A/m,随膜厚的增加磁化强度的极值减小;自发极化、c轴晶格常数随膜厚的增加而减小,同一厚度薄膜随温度的升高自发极化强度减小;压电常数、相对介电常数随温度升高而增大,随膜厚增加而增加。