3D堆叠封装硅通孔结构的电-热-结构耦合分析

硅通孔(TSV)技术作为三维封装的关键技术,其可靠性问题受到广泛的关注。基于ANSYS平台,通过有限元方法,对3D堆叠封装的TSV模型进行了电-热-结构耦合分析,并进一步研究了不同的通孔直径、通孔高度以及介质隔离层SiO_2厚度对TSV通孔的电流密度、温度场及热应力分布的影响。结果表明:在TSV/微凸点界面的拐角处存在较大的电流密度和等效应力,容易引起TSV结构的失效;增大通孔直径、减小通孔长度可以提高TSV结构的电-热-机械可靠性;随着SiO_2层厚度的增加,通孔的最大电流密度增大而最大等效应力减小,需要综合考虑合理选择SiO_2层厚度。     

2.5D微系统多物理场耦合仿真及优化

微系统封装需要综合考虑电、热和力学性能的多物理场耦合问题.以某款2.5D微系统封装结构为研究对象,实测验证了2.5D微系统封装仿真模型准确性,完成了关键部件-TSV转接板(Through-Silicon-Via, TSV)的电-热-力多物理场耦合仿真分析.综合分析了TSV转接板的电性能、热性能和力学性能,仿真结果表明,...     

穿透硅通孔互连结构的湿-热应力有限元分析

对穿透硅通孔(TSV)互连结构的湿-热应力问题进行了有限元分析。首先模拟了在二氧化硅和氢基半硅氧烷(HSQ)低k材料TSV互连结构在回流焊过程中,因热膨胀系数不匹配而引入的热应力,然后预测了HSQ基TSV互连结构在潮湿环境下因湿膨胀系数不同引起的湿应力,以及湿-热环境下的湿-热应力分布。结果表明:湿气会提高TSV结构界面处的等效应力,但湿气对铜线中的应力影响较小。湿-热应力集中主要出现在HSQ材料和与之相邻的硅上。与SiO2基TSV结构相比,HSQ基TSV结构中铜线上的应力集中得到改善,但HSQ和硅界面上的应力集中有所增加。     

基于热电耦合激励的TSV三维封装内部缺陷识别方法研究

由于硅通孔互连(Through Silicon Via,TSV)三维封装内部缺陷深藏于器件及封装内部,采用常规方法很难检测.然而TSV三维封装缺陷在热-电激励的情况下可表现出规则性的外在特征,因此可以通过识别这些外在特征达到对TSV三维封装内部缺陷进行检测的目的 .文章利用理论与有限元仿真相结合,对比了正常TSV与典型缺陷TSV的温度分布,发现了可供缺陷识别的显著差异.分析结果表明,在三种典型缺陷中,含缝隙TSV与正常TSV温度分布差异最小;其次为底部空洞TSV,差异最大的为填充缺失TSV.由此可知,通过检测热-电耦合激励下的TSV封装外部温度特征,可实现TSV三维封装互连结构内部缺陷诊断与定位.     

基于热-结构耦合的3D-TSV互连结构的应力应变分析

建立了3D-TSV(硅通孔)互连结构三维有限元分析模型,对该模型进行了热-结构耦合条件下的应力应变有限元分析,研究了TSV高度和直径对3D-TSV互连结构温度场分布及应力应变的影响。结果表明:随着TSV高度和直径的增大,3D-TSV叠层芯片封装整体、焊球、间隔层、芯片和TSV及微凸点处的最高温度均逐渐降低,TSV高度和直径的增加在一定程度上有利于降低封装体各部分最高温度;随着TSV高度的增加,TSV及微凸点互连结构内的应力应变呈增大趋势。     

基于COMSOL Multiphysics的硅通孔信号传输性能分析

通过分析信号-地TSV物理结构,提出可扩展等效电路模型,并用数学表达式表示出电容电感等电学参数。然后用多物理场耦合三维仿真软件COMSOL Multiphysics仿真信号-地TSV三维模型,并将COMSOL Multiphysics软件仿真分析得到的插入损耗结果和数学模型得到的结果作比较,验证建立的等效电路模型的准确性。最后,分析信号-地TSV半径、高度与间距对其插入损耗的影响。结果表明,信号-地TSV互连结构的传输性能随着半径的增大变得越好,随着其间距和高度的增加而变得越差。     

三维堆叠封装TSV互连结构热扭耦合应力分析与优化

建立了三维硅通孔(TSV)芯片垂直堆叠封装结构有限元分析模型,对模型在热扭耦合加载下进行了仿真分析;分析了TSV材料参数与结构参数对TSV互连结构热扭耦合应力的影响;采用了响应面与模拟退火算法对在热扭耦合加载下TSV互连结构参数进行优化设计。结果表明：TSV互连结构最大热扭耦合应力应变位于铜柱与微凸点接触面外侧;微凸点材料为SAC387时,TSV互连结构热扭耦合应力最大,该应力随SiO₂层厚度的增大而增大,随铜柱直径的增大而先增大后减小,随铜柱高度的增大而减小;最优参数水平组合为铜柱直径50μm、铜柱高度85μm、SiO₂层厚度3μm,优化后的最大热扭耦合应力下降了5.3%。     

基于COMSOL的TSV电感多物理场耦合特性研究

基于硅通孔(TSV)技术,提出了应用于三维集成电路的三维螺旋电感.在实际应用中,TSV电感存在电场、温度场和力场之间的相互耦合,最终会影响TSV电感的实际电学性能.考虑P型和N型两种硅衬底材料,采用COMSOL仿真软件,对TSV电感进行多物理场耦合研究.结果表明,在P型硅衬底情况下,多物理场耦合的影响更大,TSV电感的...     

基于多场耦合的电机暂态温度场研究

针对复杂工况下电机不稳定发热引起的温度场暂态计算问题,根据不稳定发热的规律建立电磁场与温度场的二维耦合模型。文中依据小型式异步电机的结构特点,进行电磁场-热场二维模型的结构参数、边界条件参数、材料的电、热物理参数的计算、等效及配置;依据复杂工况下发热变化的规律,进行耦合频率、热源耦合方式的设计及相关参数计算配置,实现不稳定负载下电机的暂态温度场计算并考察电机各部分的实际最高温度分布状况。基于实验平台的方案设计和搭建,进行温升实验。通过对比分析电机暂态温度场的仿真和实验数据,验证了二维模型参数等效的合理性和多场耦合法能够准确地计算复杂工况下电机全暂态温度场。     

3D堆叠芯片硅通孔的电-热-力耦合构形设计

建立了3D堆叠芯片硅通孔(TSV)单元体模型,在单元体总体积和TSV体积占比给定时,考虑电-热-力耦合效应,以最高温度、(火积)耗散率、最大应力和最大形变为性能指标,对TSV横截面长宽比和单元体横截面长宽比进行双自由度构形设计优化.结果表明,存在最佳的TSV横截面长宽比使得单元体的最高温度、(火积)耗散率和最大应力取得极小值,但对应不同优化目标的最优构形各有不同,且TSV两端电压和芯片发热功率越大,其横截面长宽比对各性能指标的影响越大.铜、铝、钨3种材料中,钨填充TSV的热学和力学性能最优,但其电阻率较大.铜填充时,4个指标中最大应力最敏感,优先考虑最大应力最小化设计需求以确定TSV几何参数,可以较好兼顾其他性能指标.     

场线绘制方法的讨论

在电磁场课程中,绘制场线具有比较重要的理论和实际意义,同时还是进行研究型教学的良好载体.本文以电场线为例讨论了绘制电磁场场线的3种方法:自适应步长法、自适应方向法和切线方向法,并介绍了这3种方法的基本思想,定性和定量对其进行了比较.     

场扫描电路的检测与故障维修

场扫描电路是电视形成图像信号的一个重要组成部分,通过对黑白电视场扫描电路原理的分析、电路功能的测试,以及对可能出现的故障进行详细的分析,在分析的基础上对电路故障进行检修,从而实现场扫描电路能够很好的实现它的功能,达到正确扫描的目的.     

论“辐照度”—不容忽视的设计参数

依据试验测试，着重论述了辐照度是红外加热，干燥，固化设备和人体理疗仪器设计中的一个极为重要的参数，其量值和分布的均匀性直接关系到加热干燥质量和人体理疗效果。     

硅场发射三极管的研究

简单介绍了硅场发射三极管的制造，三极管的Ｉ－Ｖ特性，在实验和理论上研究了栅门高度对发射电流的影响。     

小型三维电场传感器设计与测试

目前电场传感器只能探测大气电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中电场强度大小。该文介绍一种结构新颖的小型三维空中电场传感器,由轴向(Z)和径向(X, Y)三路电场测量单元和驱动单元以及电路单元组成,用于探测电场强度的三维方向矢量。在地面实际测试中,传感器输出信号与电场强度的理论关系得到了验证,证明了三维电场传感器结构设计和检测方法的合理性。     

新型三维电场传感器原理及试验结果

目前电场传感器只能探测电场强度矢量一维或者二维方向分量，尚无法精确地反映空中及地面电场强度大小。本文介绍一种新型三维电场传感器，由轴向、径向电场测量单元、驱动单元、电路单元、保温单元组成，用于探测空中及地面环境电场强度的三维方向矢量，克服了目前电场传感器探测电场强度时局限在一维或二维方向矢量的缺陷。在高空低温环境模拟试验中，当环境温度降到-50℃以下时，该传感器的保温单元使传感器内部温度一直处于零上，符合了电路板工作温度范围。在实际电场测试试验中，该传感器的电场测量单元验证了输出信号与电场之间的线性关系，与理论分析相符，证明了三维电场传感器的合理性。     

气体摆式倾角传感器流场影响因素分析

理论分析了密闭腔中自然对流气体稳态下的温度场和速度场对热敏丝的影响,给出了热敏丝电阻随温度和速度的变化关系。利用ANSYS软件计算了二维密闭腔体中点热源引起的速度场和温度场,并用流场计算结果定量分析了倾角变化时热敏丝电阻的变化。结果表明,热源所产生的温度场对热敏丝电阻的影响比速度场大近3个数量级,即对热敏丝电阻的变化起决定作用的是温度场而不是速度场。实验表明,电桥输出电压变化规律与数值计算结果基本一致。     

场发射显示

本文介绍了场发射平板显示的基本结构、工作原理、场发射冷阴极的制做方法以及与其有关的若干问题，最后介绍了场发射显示的现状和发展动态。     

叠加法巧析对称场

静态对称场是“电磁场与电磁波”课程中的基本模型,叠加法是“电磁场与电磁波”课程中解决问题的重要方法,它可以化抽象为具体,增强直观性。论文将应用叠加原理来分析电磁场中常见的对称场,通过对场进行巧妙的叠加与抵消,进一步论证静电场以及恒定磁场的对称性,有利于强化人们对场对称性分布的理解。     

气体摆式倾角传感器流场影响因素分析

理论分析了密闭腔中自然对流气体稳态下的温度场和速度场对热敏丝的影响，给出了热敏丝电阻随温度和速度的变化关系。利用ANSYS软件计算了二维密闭腔体中点热源引起的速度场和温度场，并用流场计算结果定量分析了倾角变化时热敏丝电阻的变化。结果表明，热源所产生的温度场对热敏丝电阻的影响比速度场大近3个数量级，即对热敏丝电阻的变化起决定作用的是温度场而不是速度场。实验表明，电桥输出电压变化规律与数值计算结果基本一致。