解决封装器件应力测试难题 通富微电发明仿真模型方案

在现有的封装器件领域中，通常采用多种材料来制作封装件，其中一些材料在封装器件经历不同的使用环境时可能发生变形，从而在封装器件内部积累应力，当应力累积到一定程度时，封装器件内部会产生裂纹，从而引起封装器件的失效。

而该问题在封装器件的生产阶段并不能被发现，只有实体封装器件生产出来之后在经过应力测试时才能够被发现，因此封装器件的应力测试对实体封装器件的依赖性较高。同时，由于生产阶段并不能进行有效的检测，从而导致产品的良率也很难进行控制，使得相关封装器件的生产成本非常高。

为解决该问题，通富微电在2020年6月28日申请了一项名为“一种封装器件的设计方法和实体封装器件”的发明专利（申请号：202010600319.3），申请人为通富微电子股份有限公司技术研发分公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的封装器件设计方法流程示意图，首先，系统会先构建封装器件仿真模型，该模型由许多个组成部件构成，且每个组成部件设置有对应的材料参数，这种封装器件仿真模型对应的实体封装器件为DFN（双侧扁平无引脚封装）封装器件，这种封装器件仿真模型的结构如下图所示：

可以看到，在该模型中，包括有框架11、芯片12、金属片13以及塑封层，芯片的非功能面朝向框架，金属片位于芯片的功能面一侧，功能面上的焊盘正是通过金属片与框架相互连接。由于不同的部件具有不同的材料参数，其中影响最大的即是每个组成部件的热膨胀系数，根据该系数的不同，需要在模型仿真过程中使用不同的温度变化场。

因此，接下来的步骤，即是将封装器件仿真模型置于物理场中，并获取封装器件仿真模型的预定位置处的应力值。

如上图所示，首先，需要将封装器件仿真模型放置于物理场中，该模型主要考虑到封装件的热膨胀系数，实体封装器件由于各组成部件的热膨胀系数不同，在实体封装器件经历温度变化时，各组成部件热胀冷缩的程度不一致，可能造成翘曲变形等现象的产生，从而在实体封装器件内部累积应力，进而在应力集中处容易产生裂纹，引起实体封装器件的失效开裂，导致实体封装器件产品检测不合格且良率降低。

因此，该物理场选定为温度变化场，当将模型放进去后，温度由第一温度变化为第二温度，再将封装器件仿真模型划分为多个网格，并获取每个网格对应位置处的封装器件仿真模型的应力值，在实际的操作过程中，可以使用例如有限元法来计算应力值。

再将获取预定位置对应的多个网格的应力值的平均值并将其作为预定位置处的应力值，预定位置即表示实体封装器件与封装器件测试机的测试顶杆接触的位置，也是模型中更容易产生裂纹的位置。

当得到预定位置的应力值后，判断该应力值是否小于预设的应力阈值，如果小于，则将当前封装器件仿真模型作为实体封装器件的结构，否则，则需要进一步调整封装器件仿真模型中组成部件的尺寸，并返回继续构建封装器件仿真模型。

如上图，为对封装器件仿真模型中金属片进行调整前后的扫描电子显微镜对比图，可以看到，调整之前的实体封装器件的预定位置处产生裂纹，而调整之后的实体封装器件的预定位置处未产生裂纹。

以上就是通富微电发明的封装器件的设计方案，该方案通过构建封装器件仿真模型并计算其应力的方式，在实体封装器件的结构设计阶段完成应力测试并依据应力测试结果改进仿真模型，使得输出的封装器件仿真模型均满足应力测试的要求，从而降低了封装器件的应力测试对实体封装器件的依赖性，也可有效降低实体封装器件的失效率。