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面向存储芯片的先进封装中3D异质集成中的热机械应力协同仿真与优化.docx
资料介绍
面向存储芯片的先进封装中3D异质集成中的热机械应力协同仿真与优化
——从热应力到机械应力的3D封装多物理场优化
引言
在3D异质集成中，不同材料的CTE差异导致热机械应力，影响封装的可靠性和芯片的性能。在HBM和3D NAND的3D堆叠中，硅芯片、铜TSV、焊料微凸块和塑封料之间的CTE差异，在温度循环中产生热应力，导致界面分层、微凸块开裂和TSV推出。热机械应力的协同仿真与优化，是3D异质集成封装设计的关键。本文系统分析面向存储芯片的先进封装中3D异质集成中的热机械应力协同仿真与优化。
热机械应力的来源
CTE失配
3D异质集成中CTE失配的来源：
1. 硅芯片与铜TSV：硅的CTE约2.6ppm/K，铜的CTE约17ppm/K，在温度变化中，CTE失配导致TSV周围的应力集中。
2. 硅芯片与塑封料：硅的CTE约2.6ppm/K，塑封料的CTE约8ppm/K至12ppm/K，在温度变化中，CTE失配导致芯片翘曲。
3. 硅芯片与基板：硅的CTE约2.6ppm/K，有机基板的CTE约15ppm/K至20ppm/K，在温度变化中，CTE失配导致封装翘曲。
温度梯度
3D异质集成中温度梯度的来源：
1. 芯片功耗：不同芯片的功耗不同，导致温度梯度，在3D堆叠中，底部的逻辑芯片温度最高。
2. 散热条件：不同芯片的散热条件不同，导致温度梯度，在3D堆叠中，顶部的芯片散热最好。
3. 环境温度：环境温度的变化，导致温度梯度，在温度循环中，温度梯度更加显著。
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