1-6封裝應(yīng)力引起的器件特性變動

封裝應(yīng)力引起的器件特性變動?xùn)|北大學(xué)三浦 英生半導(dǎo)體封裝器件和模組生產(chǎn)完成后，將會發(fā)生由組成材料的線膨脹系數(shù)差異所引起的、作用于硅芯片上的熱應(yīng)力。在此熱應(yīng)力的作用下，一些封裝前后的半導(dǎo)體封裝器件的性能將會發(fā)生大的變化。應(yīng)力引起的封裝器件特性的變化〔Bandgap〕所打算構(gòu)造受外力等的作用就會發(fā)生變形〔歪斜，這時的能帶隙構(gòu)造也就將發(fā)生變化。因此，象電阻和晶體管等的電子特性將產(chǎn)生變化。具體種的有效質(zhì)量和位移度發(fā)生了變化，結(jié)果如圖1〔〔b〕所示的那樣，電阻的電阻率和晶體管的特性產(chǎn)生了明顯的轉(zhuǎn)變。表示電阻的電阻率偏斜依存性的常數(shù)稱作Piez〔壓電應(yīng)力和電阻的電阻率的變化率關(guān)系可以由以下的TENSOLE矩陣方程式表示出來。Piezo〔壓電〕電阻系數(shù)。典型值是10-100ⅹ10E-3/MPa。對于后面將要提到的塑封件，其硅芯片上很簡潔發(fā)生100MPa的應(yīng)力，電阻值的變化幅度以%來表示。晶體管的性能同樣存在變化較大的場合，其變發(fā)生明顯變化。所以，針對封裝器件的構(gòu)造設(shè)計，對引起這種特性變片的拉偏效果，超越以往的理論界限，實現(xiàn)晶體管的高速功能。發(fā)生在硅芯片上的應(yīng)力很多的電子封裝器件和模組都承受樹脂灌封構(gòu)造形式，這些器件23—5倍，在灌封樹脂熱固化溫度條件下，存在向硅芯片方向的收縮力，即形成壓縮應(yīng)力的作用。我們來簡潔地計算一下。灌封樹脂和硅芯片的線膨脹系數(shù)分別是13ppm/℃和3ppm/℃，假設(shè)樹脂的固化溫度與室溫相差150℃，所產(chǎn)生的熱〔膨脹〕差值是〔線膨脹系數(shù)差〕ⅹ〔溫度變化，10ppm℃ⅹ150℃=1500ppm=0.15%。依據(jù)硅芯片的彈性率與結(jié)晶方向的異向性，由結(jié)晶方位值得出130—170GPa生的熱應(yīng)力值將是200MPa。所以，樹脂灌封型封裝器件內(nèi)部的硅芯100MPa就需要留意一樣溫度變化、不同場合下的拉拽應(yīng)力的發(fā)生。樹脂灌封型封裝器件的實際封裝晶體管性能變化的測試例子由圖3彈性率相乘的值。樹脂灌封后的電路特性降低用%表示出。另外我們知道，不同的金屬框架材質(zhì)，其變化率也不一樣。在本測試例中，使用鐵-鎳合金金屬框架制品要比使用銅合金金屬框架制品的變化率小約30%。這是由于鐵-鎳金屬框架的線膨脹系數(shù)比銅金屬框架要小，變動量就會發(fā)生變化，此點需要留意。2可以看出，〔硅芯片內(nèi)的電路布線也是很重要的設(shè)計工程領(lǐng)域。局部應(yīng)力導(dǎo)致的元器件性能的變化將來的封裝形態(tài)是考慮先在硅芯片外表裝配二維微細金屬凸塊，遍都存在差異，導(dǎo)致垂直方向的熱變形性差，如圖4所示，硅芯片越變形下，將導(dǎo)致〔晶軸〕偏離和應(yīng)力的發(fā)生，也消滅過局部應(yīng)力分布100MPa的狀況。在這種狀況下，與封裝構(gòu)造相關(guān)的半導(dǎo)體元器件的性能，將存在因硅芯片內(nèi)部簡單的〔應(yīng)力〕分布而出現(xiàn)隱憂。這種硅芯片發(fā)生的非平面變形〔程度〕與硅芯片的彎曲剛性100um的芯片，將變得顯著。因此，再者，半導(dǎo)體元器件性能局部變動的緣由是來自灌封樹脂內(nèi)添加的填料外形和分布狀況造成的。為掌握樹脂的線膨脹系數(shù)和彈性率，70%5所示。闡述過，如圖中所示，角型填料的鋒利部剛好落在硅芯片的正上方，器件性能發(fā)生顯著變化的事例報告，必需格外留意。通常狀況下，硅芯片外表由聚酰亞胺等高分子膜保護著，這樣可以緩和應(yīng)力集中區(qū)，而對于沒有保護膜的薄芯片場合必需留意。半導(dǎo)體封裝器件內(nèi)部所產(chǎn)生的熱應(yīng)力是不行能完全為零的，所以半導(dǎo)體器件不行避開將產(chǎn)生性能變動。但是，不同的產(chǎn)品其〔性能〕變動的容差值不一樣，熱應(yīng)力的發(fā)生并不肯定就造成牢靠性上的問是否會影響到最終的電子電路的特性還需取決于電路的構(gòu)成。例如，模擬電路元器件的各項關(guān)鍵性能的變動直接影響電路輸出的可能性很高，但對于數(shù)字電路，只要沒有影響到門限值〔閥值，就完全不會造成電路輸出的變化，消滅這類狀況并不覺得驚異。因此，