基于析因实验的设计的QFN热可靠性分析.pdf

■作者：牛利刚 桂林电子科技大学 基于析因实验设计的QFN热可靠性分析 【摘 要】 在微电子封装器件的生产或使用过程中，由于封装材料热膨胀系数不匹配，不同材料的交界处会产生热应力， 热应力是导致微电子封装器件失效的主要原因之一。本文采用MSC．Marc有限元软件，分析了QFN器件在回流焊过程中 的热应力、翘曲变形、主应力及剪应力，并由析因实验 殳计得到影响热应力的关键因素。研究表明：在回流焊过程 中，QFN器件的最大热应力出现在芯片与粘结剂接触面的边角处；主应力和剪切应力的最大值也出现在芯片与粘结剂 连接的角点处，其值分别为21．42MPa和一28．47MPa；由析因实验设计可知粘结剂厚度对QFN热应力的影响最大。 【关键词】四方扁平无引脚封装；主应力；剪切应力；析因实验设计 四方一种扁焊平盘无尺引寸脚小封、装体积(QF小N)、是以 塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯 片封装技术。QFN底部中央大焊盘可 以焊接~UPCB的散热焊盘上，使得QFN 具有极佳的电性能和热性能，又 由于 门 QFN质量轻、生产效率高等诸 多优 点，使其应用正在快速增长。 微 电子封装器件往往都要使用多 种不同热膨胀系数 (CTE)的材料，由 图1QFN器件及几何结构 于材料间的热膨胀系数不匹配及制造 H1 H2 H3 H4 Ll L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 和使用过程中的温度变化，使各层材 O．9 0．2 0．06 0．4 6．0 3．6 4．6 6．0 4．6 0．4 O．3 0．4 料及界面都将承受不同的热应力，热 表1 QFN器件尺寸参数 (单位：mm) 应力的存在会使封装器件翘 曲或分 1所示 |，具体结构尺寸见表1。 DMA (动态机械分析)实验得到材料 层，并且会导致一系列的质量 问题或 QFN器件的三维实物模型主要 由 的弹性模量E随温度的变化曲线，见 产品失效 。 铜焊盘、粘结剂 (DA)、模塑封材料 图3～4。 本文选用型号为RFT6100的QFN器 (EMC)和硅芯片组成 。考虑到封装 件为研究对象 ，建立QFN的三维模 器件 的对称性取其四分之一建模分 型，分析了QFN在回流焊过程 中热应 析。划分网格的模型及施加的边界条 力、翘曲变形，以及主应力、剪应力 件如图2所示。 约束 对其可靠性的影响，并 由析因实验设 QFN器件的主要材料参数见表2， 约束 计得到了影响热应力的关键因素。 考虑到粘结剂和EMC的粘弹性 ，由 图2 QFN有限元模型 材料 弹性模量E(MPa) 泊松比v 热膨胀 1、QFN器件几何结构和有限 铜焊盘 82700 0．3 16．7 粘结剂DA 见图3 0．3 30．0 元模型 EMC 见图4 0．25 24．0 本文选用型号为RFF6100的QFN器 硅芯片 l31000 0．3 2．8 件为分析对象，实物及几何结构如图 表2 材料特性参数 丑I 查熊鉴 2009f~78／,N第4期 电子胶水网：http：／／www．r4e．CFI Http：／／www．smte．net 荣获科技 无卤锡膏——焊接环保专家 全能系列水基清洗嗣——