1-6封装应力引起的器件特性变动

封装应力引起的器件特性变动东北大学三浦 英生半导体封装器件和模组生产完成后，将会发生由组成材料的线膨胀系数差异所引起的、作用于硅芯片上的热应力。在此热应力的作用下，一些封装前后的半导体封装器件的性能将会发生大的变化。应力引起的封装器件特性的变化〔Bandgap〕所打算构造受外力等的作用就会发生变形〔歪斜，这时的能带隙构造也就将发生变化。因此，象电阻和晶体管等的电子特性将产生变化。具体种的有效质量和位移度发生了变化，结果如图1〔〔b〕所示的那样，电阻的电阻率和晶体管的特性产生了明显的转变。表示电阻的电阻率偏斜依存性的常数称作Piez〔压电应力和电阻的电阻率的变化率关系可以由以下的TENSOLE矩阵方程式表示出来。Piezo〔压电〕电阻系数。典型值是10-100ⅹ10E-3/MPa。对于后面将要提到的塑封件，其硅芯片上很简洁发生100MPa的应力，电阻值的变化幅度以%来表示。晶体管的性能同样存在变化较大的场合，其变发生明显变化。所以，针对封装器件的构造设计，对引起这种特性变片的拉偏效果，超越以往的理论界限，实现晶体管的高速功能。发生在硅芯片上的应力很多的电子封装器件和模组都承受树脂灌封构造形式，这些器件23—5倍，在灌封树脂热固化温度条件下，存在向硅芯片方向的收缩力，即形成压缩应力的作用。我们来简洁地计算一下。灌封树脂和硅芯片的线膨胀系数分别是13ppm/℃和3ppm/℃，假设树脂的固化温度与室温相差150℃，所产生的热〔膨胀〕差值是〔线膨胀系数差〕ⅹ〔温度变化，10ppm℃ⅹ150℃=1500ppm=0.15%。依据硅芯片的弹性率与结晶方向的异向性，由结晶方位值得出130—170GPa生的热应力值将是200MPa。所以，树脂灌封型封装器件内部的硅芯100MPa就需要留意一样温度变化、不同场合下的拉拽应力的发生。树脂灌封型封装器件的实际封装晶体管性能变化的测试例子由图3弹性率相乘的值。树脂灌封后的电路特性降低用%表示出。另外我们知道，不同的金属框架材质，其变化率也不一样。在本测试例中，使用铁-镍合金金属框架制品要比使用铜合金金属框架制品的变化率小约30%。这是由于铁-镍金属框架的线膨胀系数比铜金属框架要小，变动量就会发生变化，此点需要留意。2可以看出，〔硅芯片内的电路布线也是很重要的设计工程领域。局部应力导致的元器件性能的变化将来的封装形态是考虑先在硅芯片外表装配二维微细金属凸块，遍都存在差异，导致垂直方向的热变形性差，如图4所示，硅芯片越变形下，将导致〔晶轴〕偏离和应力的发生，也消灭过局部应力分布100MPa的状况。在这种状况下，与封装构造相关的半导体元器件的性能，将存在因硅芯片内部简单的〔应力〕分布而出现隐忧。这种硅芯片发生的非平面变形〔程度〕与硅芯片的弯曲刚性100um的芯片，将变得显著。因此，再者，半导体元器件性能局部变动的缘由是来自灌封树脂内添加的填料外形和分布状况造成的。为掌握树脂的线膨胀系数和弹性率，70%5所示。阐述过，如图中所示，角型填料的锋利部刚好落在硅芯片的正上方，器件性能发生显著变化的事例报告，必需格外留意。通常状况下，硅芯片外表由聚酰亚胺等高分子膜保护着，这样可以缓和应力集中区，而对于没有保护膜的薄芯片场合必需留意。半导体封装器件内部所产生的热应力是不行能完全为零的，所以半导体器件不行避开将产生性能变动。但是，不同的产品其〔性能〕变动的容差值不一样，热应力的发生并不肯定就造成牢靠性上的问是否会影响到最终的电子电路的特性还需取决于电路的构成。例如，模拟电路元器件的各项关键性能的变动直接影响电路输出的可能性很高，但对于数字电路，只要没有影响到门限值〔阀值，就完全不会造成电路输出的变化，消灭这类状况并不觉得惊异。因此，