集成電路晶片熱機械應力特徵研究

2021-01-10 電子產品世界

編者按：　　摘要：本文在試驗和理論兩個方面，系統研究了晶片熱機械應力特徵。作者利用紅外熱成像技術研究了晶片內部熱機械應力隨工作電流的瞬態變化關係，發現晶片熱機械應力隨工作電流呈對數增長。同時本文利用有限元方法模擬計算了晶片熱機械應力在不同電流密度下與總工作電流的關係，從而驗證了上述實驗結論，並發現隨著電流密度增加晶片內部熱機械應力上升速率變快。　　引言　　隨著集成電路技術的發展，電路元件集成度不斷提高，儘管晶片總功耗在降低，由於晶片面積和元件尺寸不斷減小，導致晶片的熱功耗密度不斷增大，晶片內部溫度和熱機械

　　摘要：本文在試驗和理論兩個方面，系統研究了晶片熱機械應力特徵。作者利用紅外熱成像技術研究了晶片內部熱機械應力隨工作電流的瞬態變化關係，發現晶片熱機械應力隨工作電流呈對數增長。同時本文利用有限元方法模擬計算了晶片熱機械應力在不同電流密度下與總工作電流的關係，從而驗證了上述實驗結論，並發現隨著電流密度增加晶片內部熱機械應力上升速率變快。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/264522.htm

　　引言

　　隨著集成電路技術的發展，電路元件集成度不斷提高，儘管晶片總功耗在降低，由於晶片面積和元件尺寸不斷減小，導致晶片的熱功耗密度不斷增大，晶片內部溫度和熱機械應力隨之變得異常複雜[1]。在正常工作條件下，晶片產生非均勻交變溫度場，晶片中元件組成部分間熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion) 的不同而導致產品內部產生熱機械應力及熱機械應力不均勻問題，當晶片局域熱機械應力達到一定程度會對晶片可靠性造成嚴重影響。目前研究人員主要關注封裝對晶片熱應力的影響，王宏偉研究發現基於熱力學理論，針對典型塑料方形扁平封裝體PQFP在工作過程中的受熱失效問題，研究發現非均勻溫度場和材料熱膨脹係數的不匹配的綜合作用，使各層接觸的邊角處，晶片和粘結層以及晶片和外殼之間存在較大熱應力[2];孫炳華利用有限元方法給出了在穩態情況下，CSP結構的熱應力分布狀況[3];研究發現在晶片工作過程中內部局域熱機械應力達到一定值會導致晶片失效[4-5]。對集成電路晶片熱機械應力研究相對較少，研究人員利用GDSM方法(Gradient Direction Sensor Method)對大規模集成電路晶片的熱機械應力進行了研究，給出了降低晶片局域熱峰值的可能措施[6-7]。

　　本文作者設計了一款晶片模型，在實驗上測得了晶片工作電流密度與熱機械應力的關係，發現晶片熱機械應力隨電流密度呈對數增加，在理論上利用有限元方法驗證了上述結論。

　　1 晶片模型及有限元計算描述

　　為了精確考核晶片熱機械應力特徵，作者專門設計了一款晶片，示意圖如圖1(a)所示。晶片中最底下是GaAs基襯底，厚度為100μm，中間是PN結外延層，厚度為3μm。為了最大程度模擬晶片局域熱機械應力狀況，在最上面設置了五條金屬窗口，電路可以通過此窗口加載到晶片上，稱之為「熱源」，其寬度為10μm，間距為100μm。

　　有限元模擬計算模型建立如圖1(b)所示，基於三維有限元方法，晶片溫度分布通過解熱傳導方程得到：

　　熱應力應變分布可以根據下面公式由溫度分布轉換而得到：

電路相關文章:電路分析基礎

pic相關文章:pic是什麼

電能表相關文章:電能表原理

相關焦點

  • 集成電路有哪些可靠性問題 集成電路物理失效機理原因分析
    本文就集成電路製造中關注的幾個可靠性問題，重點介紹其物理失效機理。Kenji等人研究了 high k 材料的漏電流逐步升高現象的原因，認為在介質層中的軟擊穿不同時間在多個位置發生，提出了多重軟擊穿機制，high k 材料的可靠性問題還需要進一步進行深入研究。
  • 矽光子晶片能替代集成電路晶片嗎?
    矽光子晶片能替代集成電路晶片嗎？從這個意義上講，他們已經從單純的晶片設計，走向了矽光子晶片技術的開發。 縱觀矽光子在全球的發展情況，美國是矽光子最先興起的、也是目前發展最超前的國家，早在 20 年前就開啟了利用 CMOS 工藝技術對矽光子的探索深入研究。 目前，美國的矽光子在 Facebook、Google 等公司已經開始量產，晶片出光方面也已經實現 demo 級別，很快將進入量產階段。
  • 晶圓級封裝向大尺寸晶片發展
    WLP一般擁有良好的功率集成特性、支持晶圓級測試、能適應晶片特徵尺寸縮小，同時降低成本。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/113152.htm　　WLP技術的最新進展可以滿足所謂的理想WLP的每項要求。已有人證明，柔性層能提高可靠性。WLP上的兩個金屬層提高了功率和信號的完整性。取消封裝基底則將高速應用產品的跡長降到了最低。
  • 案例 晶片BGA封裝的焊點熱疲勞分析
    電子封裝以及組件在工藝或服役過程中，因材料的熱膨脹在封裝結構內將產生熱應力應變，從而會導致電子封裝的電、熱或機械失效，所以電子封裝的可靠性是該技術領域的關鍵問題之一。研究並預估電子封裝的可靠性，也是當前各相關演技機構的重點研究領域之一。本案例是對採用BGA方式封裝的晶片進行高低溫環境下的焊點熱疲勞分析，精確預測焊點的壽命，保證了晶片封裝的可靠性，從而進一步提升了電子產品的口碑。
  • 全球與中國集成電路晶片行業現狀分析與發展趨勢研究報告(2020年版)
    《全球與中國集成電路晶片行業現狀分析與發展趨勢研究報告（2020年版）》是目前集成電路晶片領域最專業和全面系統的深度市場研究報告之一。　　中國產業調研網發布的《全球與中國集成電路晶片行業現狀分析與發展趨勢研究報告（2020年版）》首先介紹了集成電路晶片的背景，包括集成電路晶片的相關概念、分類、應用、產業鏈結構、產業概述，集成電路晶片行業國家政策及規劃分析，集成電路晶片技術參數及生產基地，不同地區，不同規格，不同應用集成電路晶片產量分析；集成電路晶片產品技術參數，生產工藝技術，產品成本結構等；接著統計了全球及全球及中國主要企業集成電路晶片產能
  • 微波混合集成電路射頻裸晶片的應用設計和封裝方法介紹
    微波混合集成電路射頻裸晶片的應用設計和封裝方法介紹 蒯永清，董昌慧， 發表於 2020-07-06 12:49:32 引 言 作為雷達的核心部件，微波混合集成電路中，為保證電路損耗小和寄生參數低等原因
  • 機械工程學科「機械製造」領域發展研究 ——《2018-2019機械工程...
    《報告》主要概述了近幾年我國在機械製造科學研究以及在不同工業領域應用中取得的創新性和標誌性研究進展，通過對國內外研究進展進行對比，對今後機械製造理論和應用技術的研究趨勢進行了展望。在非傳統加工領域，華中科技大學邵新宇等提出了大型薄壁曲面雷射焊接控形控性技術，發明了大型三維薄壁曲面焊縫形貌在線「測量—跟蹤—補償」技術與裝置，實現了汽車車身小變形、低應力、高質量雷射焊接。成果已在上海通用、江鈴福特、江淮等企業得到應用。
  • 後摩爾時代集成電路製造發展趨勢,以及我國集成電路產業現狀
    圖6.傳統多晶矽柵極電晶體與HKMG電晶體的示意圖（3）應力矽技術是提高電子和空穴載流子遷移率的一個有效手段，電子的遷移率隨著拉應力的增加而增加，空穴的遷移率隨著壓應力的增加而增加。圖8.後摩爾定律時代的集成電路發展特徵圖9.摩爾定律失效預測（2）柵極環包圍結構（gate all around，GAA）是另一個控制器件電流的優化結構。GAA結構器件的Ion /Ioff 的比值可達2.8×10⁸。實驗證明，使用這種 GAA技術，能將器件的性能推到新的記錄。
  • 集成電路行業研究分析報告
    中央印發的《集成電路行業發展「十三五」規劃綱要》明確提出到2020年集成電路行業將增加30%，各地方也陸續出臺了集成電路相關扶持政策，大大提高了行業滲透率。2020年7月，國務院再次引發關於《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展若干政策》，進一步優化集成電路產業和軟體產業發展環境，深化產業國際合作，提升產業創新能力和發展質量。
  • 半導體及集成電路晶片的微細加工詳解
    微流控晶片的加工技術起源於半導體及集成電路晶片的微細加工，但它又不同於以矽材料二維和淺深度加工為主的集成電路晶片加工技術。近來，作為微流控晶片基礎的晶片材料和加工技術的研究已受到許多發達國家的重視。
  • 什麼叫集成電路_集成電路晶片種類及作用
    用集成電路來裝配電子設備，其裝配密度比電晶體可提高几十倍至幾千倍，設備的穩定工作時間也可大大提高。 　　集成電路晶片種類介紹 　　1.按功能結構分 　　集成電路，又稱為IC，按其功能、結構的不同，可以分為模擬集成電路、數字集成電路和數/模混合集成電路三大類。
  • 超大規模集成電路生產工藝流程
    晶圓廠所生產的產品實際上包括兩大部分：晶圓切片（也簡稱為晶圓）和超大規模集成電路晶片（可簡稱為晶片）。前者只是一片像鏡子一樣的光滑圓形薄片，從嚴格的意義上來講，並沒有什麼實際應用價值，只不過是供其後晶片生產工序深加工的原材料。而後者才是直接應用在應在計算機、電子、通訊等許多行業上的最終產品，它可以包括CPU、內存單元和其它各種專業應用晶片。
  • 半導體、晶片、集成電路、無塵車間具體釋義及區別
    集成電路技術包括晶片製造技術與設計技術，主要體現在加工設備，加工工藝，封裝測試，批量生產及設計創新的能力上。4.晶片就是晶片，一般是指你肉眼能夠看到的長滿了很多小腳的或者腳看不到，但是很明顯的方形的那塊東西。但是，晶片也包括各種各樣的晶片，比如基帶的、電壓轉換的等等。處理器更強調功能，指的就是那塊執行處理的單元，可以說是MCU、CPU等。
  • 集成電路失效分析步驟
    X射線主要檢查集成電路引線是否損壞問題。根據電子元器件的大小和結構選擇合適的波長，這樣能得到合適的解析度。 2.掃描聲學顯微鏡，是利用超聲波探測樣品內部缺陷，依據超聲波的反射找出樣品內部缺陷所在位置，這種方法主要用主集成電路塑封時水氣或者高溫對器件的損壞，這種損壞常為裂縫或者脫層。
  • 科學家揭示「熱電子漂流記」 有助革新集成電路產業
    中新網上海4月8日電　（記者　鄭瑩瑩）歷時約6年，中國科學院上海技術物理研究所研究員陸衛的科研團隊和復旦大學研究員安正華的科研團隊共同合作揭示了「熱電子漂流記」，相關研究成果有望革新集成電路產業，比如讓晶片越做越小。
  • 應力記錄的新方式:應力誘導載流子存儲
    研究團隊基於FICS效應構建了一種新的應力記錄裝置，演示了在電子籤名系統、落點監測和車輛碰撞監測等方面的應用，顯示出分布傳感、長期存儲和無需供電的突出優勢。該研究不僅為應力發光材料在非實時應力傳感領域的應用帶來了新的突破，同時也為發展新型的機械能存儲-轉換系統提供了新的思路。
  • 集成電路的定義、特點及分類介紹
    日本電子機械工業會標準對DTCP 的命名(見DTCP)。 16、FP(flat package) 扁平封裝。表面貼裝型封裝之一。QFP 或SOP(見QFP 和SOP)的別稱。部分半導體廠家採 用此名稱。 17、flip-chip 倒焊晶片。
  • 北大領銜集成電路及中國晶片攻堅,集成電路相關專業成高考首選
    但與先進國家相比，依然存在較大差距，持續創新能力薄弱，高端晶片產品大量依賴進口，華為高端晶片被美國「卡脖子」就是血的教訓。 《中國集成電路產業人才白皮書（2017-2018）》數據表明，2020年，我國集成電路產業總需求量72萬人，全國每年集成電路專業畢業生約3萬人左右，我國集成電路人才缺口近30萬人，缺口極大。
  • 焊接殘餘應力是怎麼產生的?如何檢測焊接應力?
    #焊件在焊接過程中，熱應力、相變應力、加工應力等超過屈服極限，以致冷卻後焊件中留有未能消除的應力。這樣，焊接冷卻後的殘餘在焊件中的宏觀應力稱為殘餘焊接應力。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力和變形的根本原因。確保高質量的焊縫並不是一件容易的事，因為在整個焊接區域上的快速加熱和冷卻會產生殘餘應力並改變淬火性能。因而，焊縫被識別為易於發生機械故障的關鍵部分。機械故障涉及負載，時間，材料，製造過程和環境的極其複雜的相互作用。
  • WLCSP封裝在機械性能方面的特異性
    ，實現引腳數量少且性能出色的晶片。本文旨在於介紹這種新封裝技術的特異性，探討最常見的熱機械失效問題，並提出相應的控制方案和改進方法。 晶圓級封裝技術雖然有優勢，但是存在特殊的熱機械失效問題。很多實驗研究發現，鈍化層或底層破裂、溼氣滲透和/或裸片邊緣離層是晶圓級封裝常見的熱機械失效模式。此外，裸片邊緣是一個特別敏感的區域，我們必須給予更多的關注。