Analiza FEMa

pinilor de cupru la flip-chip

Carol OLARESCU

Master TAEA

introducere

Folosirea FEM in analiza comportamentului mecanic a pinilor unui flip-chip, cand sunt supusi la temperatura.

Avantajul software-ului FEM:

- simularea robustetii si performantelor componentelor electronice ai ansamblurilor electronice,

- permite studiul si o mai buna intelegere a ansamblului inainte de productie

- permite o proiectare mai buna a componentelor si a ansamblurilor electronice

Flip-chip

Tehnologia flip-chip este foarte raspandita in electronica datorita principalelor sale avantaje:

- densitate I/O ridicata

- performante electrice ridicate datorata conexiunilor scurte intre chip si substrat

- transmisie de inalta viteza

- disipare de caldura foarte buna

- cost scazut

- fiabilitate mare

Pini de cupru

Pinii de cupru sunt elementul cheie al flip-chip-ului.

- prezinta capabilitati conductive ridicate

- performante termice ridicate

- rezistenta mare la electromigratie

- rezistenta mai mare la oboseala

Pini cupru sectiune transversala

Analiza fem

- Comportamentul mecanic al flip-chip-ului este esential in industria ansamblurilor electronice si este in stransa legatura cu fiabilitatea produselor electronice

- Masurarea tensiunilor si deformarilor este foarte grea si de aceea a fost adoptata analiza FEM

- In urma analizei s-a realiza ca pinii de cupru dintre chip si substrat sunt supusi celor mai mari deformari cand acesta este supus la caldura.

Analiza fem

- Programul comercial ANSYS a fost folosit in evaluarea deformarilor si tensiunilor , induse termic.

- S-a efectuat o analiza elastica in 3 dimensiuni.

- Pasii analitici ai analizei FEM sunt explicati in urmatoarea figura:

Pasii de baza ai analizei fem

Analiza femFaza de pre-procesare include:

- definirea elementului

- setarea atributelor de material

- modelarea

- discretizarea

Faza de solutionare include:

-conditii initiale

- conditii limita

- conditii de incarcare

Faza de post-procesare include:

- procesare computationala

- rezultate grafice

Model element finit

Discretizarea pinului de cupru

Proprietati de material

Conditii limita

- Modelul este fixat in punctul A- Modelul este supus racirii de la 165* C

la -55*C- Starea fara tensiuni este la 165* C

Deformari termice

-Componenta flip-chip este alcatuita din numeroase materiale, ce au CTE (coeficient de expansiune termica) diferite.

-Deformarea termica este cauzata de nepotrivirea CTE-urilor diferitelor materiale.

-Deformarile produse de nepotrivirea CTE-urilor a fost analizata de software-ul FEM

Deformari termice

Deformari termice

Concluzii

Masurarea deformarilor si tensiunilor este dificila, de aceea se apeleaza la software FEM pentru vizualizarea rezultatelor.

-Deplasamentul vertical maxim s-a produs la capatul liber al chip-ului,

-Concavitatea flip-chip-ului creste cu temperatura

-Stratul de umplere poate reduce semnificativ influenta temperaturii intre chip si substrat

-Capatul fixat al componentei este supus la tensiuni mari

Va multumesc pentru atentie !