热循环载荷下POP堆叠电子封装的可靠性研究

刘昭云，杨雪霞

(太原科技大学应用科学学院，太原030024)

POP堆叠由于可以将多个封装叠放在一起的结构，使得整个封装更加高效和小巧。其本身可以在装配前对各个组件部分分别进行性能测试，提高了整体封装的良品率，降低了总成本[1],正在越来越多的运用到各个电子产品中。但其复杂的空间结构，使得散热成为了一个难题，热寿命成为制约POP堆叠封装可靠性的一个重要因素。[2]对在热循环下的POP堆叠进行热寿命的分析是十分有意义的。

对于POP堆叠封装的力学性能研究，前辈唐修胜在《温度冲击载荷下POP堆叠封装可靠性研究》[3]中，用有限元方法分析POP堆叠封装的可靠性，利用Kencht-Fox焊点寿命预测模型进行计算。王洋在《不同温度环境下POP堆叠封装的可靠性研究》[4]中，对比了不同温度环境下相同尺寸POP以及不同尺寸POP相同温度环境下的可靠性。陈冬琼在《堆叠封装(POP)的可靠性研究》[5]中，根据Styed累积等效蠕变应变模型预测焊球的疲劳寿命。

以上对于POP堆叠的可靠性的研究，分别考虑了在不同的粘塑性模型下的焊球材料属性，但没有考虑Anand粘塑性模型在温度循环载荷下的情况[6]。本文在前人工作的基础上考虑Anand粘塑性模型的情况[7]，构建双层堆叠双阵列焊球排布模型来研究和分析焊球在温度循环时的力学行为，塑性应变的危险点等，从而讨论POP堆叠在温度循环下的可靠性。

1 ANSYS中POP堆叠封装热循环分析

1.1 建立封装有限元模型

POP(package on package)堆叠的最显著的特点就是把具有多引脚的逻辑元件和高集成度的存储元件通过焊点的连接，叠加安装在垂直的方向上。……