TSOP失效和多晶硅薄膜晶体管自加热效应的有限元分析和模拟

论文摘要

本文采用有限元的方法模拟了典型TSOP封装产品的塑封脱模过程。针对TSOP封装在塑封工艺中脱模时可能发生的芯片碎裂,采用有限元法模拟封装脱模阐明了芯片碎裂失效的机制。研究表明,模具内表面有机物形成的局部沾污可能阻碍芯片的顺利脱模,导致硅片内产生较大的局部应力并碎裂失效。通过模拟在不同的沾污面积、形状和位置下的封装脱模,确认了最可能导致失效的条件。芯片碎裂失效可以通过使用高弹性模量的塑封料或减小硅片尺寸得以改善。本研究对于改进TSOP芯片封装工艺的可靠性具有一定的指导意义。本文还模拟了n型MILC低温多晶硅薄膜晶体管在直流自加热应力下的器件温度分布,分别研究了温度分布与功率密度加载、衬底材料特性以及器件沟道宽度的依赖关系。器件功率密度的减小能直接降低单位面积的发热量,从而降低沟道温度。在相同功率密度下,沟道宽度的增加将增大发热面积,因此减小沟道宽度对于降低沟道温度也有着重要的作用。改善衬底材料的导热性,能更好地将沟道中的热量从器件底部散发,否则一个很小的功率密度就会产生很高的温度。通过对器件的瞬态温度模拟,我们可以提出器件的特性时间常数。该时间常数根据衬底材料的不同而变化,采用较好的导热材料时可以将该常数降低两个量级。研究表明降低功率密度、采用导热性能良好的衬底材料、减小沟道宽度有利于降低器件自加热效应。本研究有助于对自加热退化机制的了解和揭示,对研究TFT器件自加热退化的可靠性具有一定的指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 TSOP 失效的有限元分析和模拟的研究背景和意义
• 1.1.1 微电子封装技术的发展和分类
• 1.1.2 典型微电子封装的主要工艺步骤
• 1.1.3 常见微电子封装失效的介绍
• 1.1.4 TSOP 失效有限元分析和模拟的研究意义及国内外研究动态
• 1.2 多晶硅薄膜晶体管自加热效应有限元分析和模拟的研究背景和意义
• 1.2.1 多晶硅薄膜晶体管的工艺介绍及主要退化机制
• 1.2.2 器件自加热（SH）退化现象
• 1.2.3 自加热温度模拟的意义及国内外研究动态
• 参考文献
• 第二章 弹性力学、传热学理论和有限元分析方法
• 2.1 弹性力学理论概述
• 2.1.1 弹性力学的基本方程
• 2.1.2 载荷
• 2.1.3 内力和应力
• 2.2 传热学理论概述
• 2.2.1 热传递方式
• 2.2.2 传热学的热传导基本方程和边界条件
• 2.2.3 热载荷
• 2.2.4 稳态传热与瞬态传热
• 2.3 有限元方法在工程中的应用
• 2.3.1 有限元方法求解介绍
• 2.3.2 有限元方法的基本步骤
• 2.4 有限元软件介绍——ANSYS
• 2.4.1 ANSYS 有限元分析的一般过程
• 2.4.2 ANSYS 的结构静力分析
• 2.4.3 ANSYS 的稳态热分析
• 2.4.4 ANSYS 的瞬态热分析
• 参考文献
• 第三章 TSOP 脱模中硅片碎裂失效的有限元分析
• 3.1 塑封工艺介绍
• 3.2 塑封过程中问题的发生
• 3.3 FEA 模型的建立
• 3.4 施加边界条件和载荷
• 3.5 模拟结果分析
• 3.6 结论
• 参考文献
• 第四章 多晶硅薄膜晶体管器件自加热的热分布模拟
• 4.1 多晶硅薄膜晶体管结构介绍
• 4.2 FEA 模型的建立
• 4.3 功率密度及边界条件加载
• 4.4 稳态模拟结果分析
• 4.5 瞬态模拟结果分析
• 4.6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 详细摘要