文摘

提高可靠性的InSb平面芯片,填充不足通常是InSb芯片和Si ROIC之间了。在玻璃化转变温度,未充满显示粘弹性,然而,显然远低于它,显示温度相关的机械性能。基于温度依赖未充满的弹性模型,首先一个小数组的格式 元素InSb平面芯片研究通过改变铟肿块直径和高度;模拟结果表明,最大应力在InSb芯片无关未充满高度依赖于铟肿块直径;的变化趋势就像美国横向扩展信当铟肿块直径设置为24 m高度21 米,最大应力在InSb芯片达到最小。学习的压力 元素在短时间内,使用上面的最优结构,InSb再次从平面芯片阵列规模翻了一番 来 元素。仿真结果表明,该应力最大InSb芯片强烈取决于数组格式与阵列规模和增加;然而,如果ROIC的应力最大几乎保持不变,数组的大小无关;此外,最大应力位于InSb芯片,芯片和InSb的应力分布是均匀的。

1。介绍

锑化铟(InSb)红外焦平面阵列探测器截止波长为5.5(平面芯片)μ在77 K已广泛应用于军事制导系统和民用光电设备更高的量子效率和良好的反应性3 - 5μm光谱范围(1]。为了达到更好的性能,InSb平面芯片探测器通常由倒装芯片组装焊接技术;即InSb芯片和Si读出集成电路(ROIC)在不同基质和捏造,随后,铟疙瘩形成InSb芯片和Si ROIC的首先;然后InSb芯片和Si ROIC一致,迫使应用导致疙瘩铟冷压接在一起;之后,为了提高倒装芯片封装的可靠性,一个epoxy-based材料,称为未充满密封剂,通常是填写InSb芯片和Si ROIC衬底之间的差距2- - - - - -8]。混合InSb平面芯片探测器重新照亮。为更高的量子效率,InSb基质必须减少到10μm。为了达到低水平的电子噪声光子噪声极限,需要低温冷却InSb平面芯片液氮温度(77 K);然而InSb平面芯片探测器通常是组装和储存在室温(300 K)。当从300 K到77 K温度迅速降低,这里的温度下降范围约223 K;由于热失配不同的热膨胀系数(CTE) Si ROIC电路和InSb芯片,诱导的主要原因是温度应力性骨折InSb芯片,尤其是在更大的格式平面芯片,这限制了成品的比率。因此有必要分析诱发热应力值及其分布在InSb芯片。

目前,倒装芯片组装的可靠性评估通常是通过有限元模拟与实验[9- - - - - -14]。因此,有限元分析中发挥着重要作用的优化设计包装。在方法中,材料模型的选择是非常重要的。未充满密封剂通常被描述为线性和温度独立,恒弹性材料(15,16),或称为粘弹性材料在其玻璃化转变温度 (17]。InSb芯片断裂通常发生在热冲击从300 K到77 K,并在此温度范围内未充满的力学性能随温度和显示出明显的温度依赖的弹性18,19]。因此,本文采用填充不足的温度依赖的弹性模型分析的结构应力InSb平面芯片。此外,温度依赖的其他材料的力学性能也采用。

在三维空间中模拟大型格式InSb平面芯片很时间和内存消耗。这两步方法用于研究应力及其分布InSb芯片(20.]。基于温度依赖CTE模型的所有材料,首先,一个8×8 InSb平面芯片探测器是由不同研究铟肿块直径和高度与固定在合适的范围内InSb厚度10μm;因此,最佳铟肿块直径和高度。然后,的大小InSb平面芯片再次翻倍学习压力值与阵列规模变化趋势;因此,铟肿块位置对热应力的依赖关系和热应力值和数组格式进行了研究,和64×64的应力及其分布InSb平面芯片也在短时间内获得。这些都是好处,进一步优化设计和提高混合动力的可靠性InSb平面芯片。

2。材料属性

低于玻璃化转变温度( ),填充不足说明显著的温度依赖弹性。未充满的线性CTE绘制在图1(一)(18]。当温度接近398 K,曲线的斜率增加迅速,这是签名的 。低于363 K, CTEα线性增加趋势,增加从19.4×10−6K−1在213 K为26.7×10−6K−1在358 K,所以它可以表示如下18]: 未充满的动态力学性能也获得了与动态机械热分析(DMTA) [18]。DMTA结果表明,弹性模量 在223 K是大约9.5的绩点, 增加和 逐渐减少。在298 K, 大约是8.2的绩点。当 接近398 K, 迅速降低。基于TMA和DMTA数据、压力指数 这治愈未充满大约是一个常数,低于玻璃化转变 ,它是描述如下:

(一)
(一)
(b)
(b)
图1
进化CTEα随温度(a)填充不足和(b) InSb,硅,铟。

铟凹凸变形强烈依赖于温度和时间,这是粘塑性的。这里Anand的粘塑性的模型被用来描述铟碰撞的力学本构关系,在阿南德和材料参数的模型于2009年收购Chang,竟敢管(21]。铟的ct作为温度的函数,模型的实现中,给出了数字1 (b);InSb芯片和Si ROIC都视为线弹性材料;ct对温度的依赖关系为Si和InSb也显示在图1 (b)(22,23]。

3所示。模型创建和参数选择

InSb平面芯片探测器由InSb芯片,铟疙瘩数组,如果ROIC衬底,填充不足的材料。这里铟撞被认为是八角形的棱镜没有整个设备中存在的缺陷。的厚度InSb芯片设置为10μ在8×8米。InSb平面芯片,InSb芯片尺寸为400μm×400μm×10μ是500 m, Si ROIC衬底维度μm×500μm×300μm,铟凹凸高度分别是9μ米,15μm, 21μ从12米,直径增加μ米到36μ在步骤4μm。使用几何对称,只有八分之一的整体建模,在图2。描述相邻探测器之间的真正定位台面结构元素,这里的梯形棱镜受聘。


图2
的三维模型示意图InSb平面芯片:(a)自上而下的完整模型的示意图,(b)八分之一有限元模型由于对称性,和(c)放大视图。

在整个模型中,利用对称边界条件,啮合整个模型自由。在370 K倒装芯片过程完成;之后,填充不足是InSb芯片和Si ROIC衬底之间分发。固化过程也是在370 K;在这个温度下,不存在任何假设残余应力在包中。模拟,温度逐渐降低从370 K到77 K,没有考虑瞬态传热,和内部的温度模型假定是统一。两个InSb芯片和Si ROIC衬底被认为是线性弹性材料。温度依赖弹性模型和阿南德的粘塑性的模型分别被用来描述未充满的力学本构关系和铟疙瘩。列出所有工作参数表1(18,21- - - - - -23]。

表1
材料参数。

4所示。仿真结果和分析

4.1。 InSb平面芯片

学习影响铟肿块大小·冯·米塞斯应力及其分布InSb芯片,一个小8×8元素的格式数组InSb平面芯片选择模型,并给出仿真结果图3。的比较,对任何结构,模型网格,约束和载荷都是相同的。这里铟肿块直径增加从12μ米到36μ在步骤4μm固定铟凸起高度的9μ米,15μm, 21μm。显然,当铟凹凸高度是固定在21μ从12米,铟肿块直径增加μ米到36μ米,最大·冯·米塞斯应力InSb芯片首先减少,然后在700年略有波动从16 MPaμ米到32μm;一旦直径超过32μ米,大幅增加。总与直径的增加变化趋势和水平扩展字母U一样,和其他高度有相似的变化趋势。当铟突起高度增加从9μ米到21μ米,应力值变化小。这种现象显然是不同于恒弹性填充不足和粘塑性的填充不足,最大·冯·米塞斯应力在InSb芯片随高度增加填充不足(17]。值得注意的是,随着铟凹凸高度设置为21μ米,最大应力在InSb芯片有一个稳定的平面范围。在平坦的范围,最大应力达到最小的铟肿块直径24μm。所以,铟撞21的高度μ米,直径24μm作为选择最佳结构。


图3
•冯•米塞斯应力最大值InSb不同铟肿块直径的函数不同铟凹凸高度。

铟疙瘩的•冯•米塞斯应力分布如图4。显然最大·冯·米塞斯应力出现在铟疙瘩和InSb芯片之间的接触面积,定位在街角,中性点的最大距离。此外,铟表面上撞,压力显示明显的梯度分布,这是放大的图的一部分4。铟疙瘩,定位在对角线,压力减少沿对角线方向从远方中性点。nondiagonal网站,梯度方向是沿着从铟疙瘩中性点位置。所以,在顶面应力分布显示从外到内圈结构。此外,铟疙瘩的最大应力几乎保持在16.2 MPa;相比与InSb芯片,它是非常小的,近2.1%。应力集中在InSb芯片来源于薄InSb芯片(10μ米),InSb芯片由化学机械抛光技术变得越来越薄,其antideformation强度变得越来越小,这使得最大压力重新分配和转向InSb芯片。


图4
•冯•米塞斯应力分布的3 d铟撞数组。
4.2。 InSb平面芯片

获取·冯·米塞斯应力及其分布在64×64 InSb平面芯片在短的时间内,一个典型的结构与铟肿块直径24μm和21的高度μ米被选中。随着阵列规模的增加从8×8到64×64,仿真结果如图5。显然,冯米塞斯应力最大InSb芯片与阵列规模不断增加,随着阵列规模的增加从8×8到32×32;最大·冯·米塞斯应力InSb芯片,然后增加呈线性增加几乎快后32×32。然而·冯·米塞斯应力最大Si ROIC几乎保持不变。除此之外,与最大应力在InSb芯片相比,最大应力在Si ROIC几乎50%在8×8和64×64年约26%,这意味着在Si ROIC·冯·米塞斯应力远小于在InSb芯片;当阵列规模的增加,这种现象来自使用薄InSb芯片(10μ米),往往会扭曲而厚300μ如果ROIC。


图5
米塞斯应力最大InSb芯片和Si ROIC VS铟疙瘩的行和列的数量。

学习•冯•米塞斯应力依赖铟撞击位置,选择一些典型的网站;一组位于对角线;其他人则位于中间列或行数组平行;他们的间距是0.28毫米和0.20毫米。仿真结果如图所示6。显然,对角线上的压力明显大于所有阵列位于nondiagonal鳞片。除此之外,这些网站上斜,压力增加慢慢中性点距离增加,但是,中性点的网站最大的距离,急剧增加的压力值。压力值nondiagonal几乎有相似的形状;但是更小的值。注意到压力值与最大距离为任何规模探测器阵列中性点与增加阵列规模逐渐增加,这意味着,随着阵列规模较大,最大·冯·米塞斯应力值也增大,而这一现象也同意,在图5。


图6
•冯•米塞斯应力值InSb芯片与中立点的距离。

图7(一)•冯•米塞斯应力分布的InSb芯片顶面有64×64数组。显然,最大·冯·米塞斯应力值1420 MPa InSb芯片位于对角线上,远离中性点。•冯•米塞斯应力存在于这些地区之间的接触区域坐落在InSb芯片和铟疙瘩小于压力现有周边地区。这是违反InSb芯片底面应力分布,如图7 (b)。显然,现有之间的接触区域压力InSb芯片和铟疙瘩集中和统一;其应力值约为475 MPa,比其周边地区。这种现象源于接触区域粘在一起。该应力分布InSb芯片为64×64阵列截然不同于结构中的应力分布没有填充不足,InSb芯片是辐射的应力分布,和压力值减少从内部到外部区域(11]。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
米塞斯应力分布有64×64阵列InSb芯片:(a)和(b)底面。

在Si ROIC•冯•米塞斯应力分布几乎是集中强烈碰撞和Si ROIC铟之间的接触区域,而且,在接触区域,·冯·米塞斯应力很小,可忽略的,正如图所示8。除此之外,在四边形边界和Si ROIC顶面,·冯·米塞斯应力明显大于在非接触区域。这种现象是截然不同的应力分布Si ROIC没有填充不足,四边形边界上的压力和Si ROIC的顶面是可忽略的11]。


图8
米塞斯应力分布有64×64 Si ROIC的数组。

5。结论

基于温度依赖的弹性模型填充不足和阿南德铟疙瘩的粘塑性的模型,热应力及其分布在64×64年InSb平面芯片系统地研究了采用有限元方法。8×8 InSb平面芯片的热应力似乎与未充满高度和是由铟肿块直径。基于上述结果,压力在64×64 InSb平面芯片在短时间内获得了两次数组格式从8×8到64×64。仿真结果表明,随着阵列规模扩大,·冯·米塞斯应力值也增大。应力分布为64×64 InSb数组芯片之间在接触区域统一InSb芯片和铟疙瘩。这些都是有利于减少裂纹发生在InSb芯片和提高最终的产量。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持了中国国家自然科学基金(61205090和61205090号),河南省科学技术开发项目中国没有。112102210430),河南科技大学青年基金会(没有。2012 qn023)。