系统级封装跨尺度互连仿真及寿命预测

李嘉琦1，王韬涵1，撒子成1，谢晓辰2，付乐琪2，林鹏荣2,3，田艳红1(1.哈尔滨工业大学, 材料结构精密焊接与连接全国重点实验室； 2.北京微电子技术研究所；3.清华大学, 机械工程学院)

摘要：系统级封装（system in package，SiP）作为后摩尔时代异构集成的关键技术，其内部多级互连结构的尺寸跨度达3个数量级，而互连尺寸的持续减小导致传统分析方法的成本与难度显著攀升. 文中旨在建立一种快速准确的 SiP器件评估方法，为器件可靠性设计提供支撑，首先对 SiP器件的互连焊点形态进行精准预测，基于该结果构建等效简化的 SiP整体模型及可控塌陷芯片互连（controlled collapsed chip connection,C4）、芯片互连（chip connection,C2）专用子模型，以降低仿真计算复杂度，随后采用子模型有限元分析方法，开展实际工况下的热循环有限元仿真，定位应力危险点并进行子模型计算，完成不同互连结构的寿命评估. 结果表明，通过有限元仿真成功定位 SiP 器件的应力危险点，子模型计算有效反映了不同互连结构的力学性能差异，经寿命对比分析最终明确了兼具可靠性与经济性的最优互连结构，同时验证了所建立的等效简化模型及子模型分析方法的准确性与高效性.创新点：(1)建立了一种SiP高密度封装器件的跨尺度等效简化模型，最大及最小结构尺寸相差3个数量级.（2）阐明了互连结构对SiP器件热循环可靠性的影响规律，并对其实际工况下的寿命进行了预测.

关键词： 焊点形态预测；跨尺度结构；可靠性；子模型；寿命预测