基于ANSYS Workbench的微电子封装自动化湿气分析系统开发

微电子封装中常用的聚合物材料因易于吸收周围环境中的湿气而对器件本身的可靠性带来很大的影响。这些湿气的存在将产生湿气膨胀应力,并且当处于回流温度时将产生蒸汽压力,这些是使电子封装产品最终产生“爆米花”失效的原因。因此在微电子封装产品的可靠性和稳定性分析中,湿气分析显得格外重要。越来越多的研究人员开始专门研究封装体内湿气的吸收、扩散和由湿气导致的失效问题。 首先,本文介绍了湿气扩散、湿气膨胀应力、蒸汽压力和等效热应力的基本理论,过对湿气扩散方程和热传导方程的比较,找到了如何利用有限元软件的热分析模块来模拟湿气扩散的方法。由此,有限元分析软件还能分析由不同材料间不同的湿膨胀系数导致的湿气膨胀应力。蒸汽压力的分布可以在得到湿气扩散结果的基础上计算得到。湿气膨胀和蒸汽压力将使封装体产生应变,就像由热产生的应变一样,连同热应变同时对封装体产生作用。 其次,本文介绍了基于ANSYS Workbench和Excel开发的自动化分析系统的基本框架,二次开发的工具,如Visual Basic语言和Access数据库。第三,应用这个自动化湿气分析系统对元件级封装模型MLP分别进行了湿气扩散,湿膨胀应力,蒸汽压力和等效热应力的分析,并将计算所得结果与ANSYS计算所得结果进行比较和分析,验证了本自动化系统的可靠性和高效性。 最后,利用本自动化湿气分析系统计算了16种不同参数设计的MLP6×6封装模型,分析哪种情况下得到的EMC的Von Mises应力和Die的第一主应力数值最低,从而选出最优的设计方案。