封裝的熱控制-上課課件.ppt

《封裝的熱控制-上課課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《封裝的熱控制-上課課件.ppt（78頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、電子封裝材料 2009 2010學(xué)年 第二學(xué)期 封裝的熱控制 一、電子器件熱控制的重要性 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 1、一維傳導(dǎo) 2、固體界面的熱流通 3、對流 4、整體負(fù)載的加熱和冷卻 、熱阻 、串聯(lián)的熱阻 、并聯(lián)的熱阻 、和封裝的熱控制 、自然通風(fēng)的印刷電路板 、單一印刷電路板 、強(qiáng)制對流下的印刷電路板 封裝的熱控制 三、 電子器件冷卻方法 、散熱器 、熱通道 、熱管道冷卻 、沉浸冷卻 、熱電制冷 、冷卻方法的選擇 封裝的熱控制 四 、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 、芯片貼裝的熱機(jī)械應(yīng)力 、熱疲勞 、封裝焊接點(diǎn)的熱應(yīng)力 、印刷電路板的熱應(yīng)力 、灌封樹脂的熱性質(zhì) 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要

2、性 1、為什么要進(jìn)行封裝的熱控制： 保障微電子器件正常工作的需要： 微電子器件總是存在電阻，工作中會發(fā)熱 熱量不能及時(shí)散去，器件溫度將升高 影響其功能甚至損壞器件 微電子器件發(fā)展的需要： IC發(fā)展趨勢為高集成度、小尺寸、高電流、微小電 壓降 要求封裝具有良好散熱性能，使器件溫度穩(wěn)定在可 正常工作的溫度之下 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 1、為什么要進(jìn)行封裝的熱控制： 微電子器件封裝體在短時(shí)間溫度急劇升 高，往往會損壞封裝體： 過熱使封裝產(chǎn)生破裂、剝離、熔化、 蒸發(fā)甚至?xí)l(fā)生封裝材料的燃燒 受沖擊和振動的電子產(chǎn)品，溫度波動 還會導(dǎo)致材料疲勞斷裂，降低封裝的 機(jī)械壽命 封裝的熱控制

3、一、 電子器件熱控制的重要性 1、為什么要進(jìn)行封裝的熱控制： 溫度升高照成封裝結(jié)構(gòu)破壞： 封裝體由不同熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成，生產(chǎn)、測試、 儲存和運(yùn)輸過程中由于熱膨脹不匹配造成的熱應(yīng)力 引起的破壞 使封裝體中殘余的熱應(yīng)力對封裝結(jié)構(gòu)造成破壞： 封裝的制造溫度往往比使用溫度高，總是有一些 殘余的熱應(yīng)力存在 低溫下，該應(yīng)力顯得更大 即使沒有匹配的問題，在封裝結(jié)構(gòu)的溫度分布不 均勻時(shí)也會產(chǎn)生熱應(yīng)力 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 1、為什么要進(jìn)行封裝的熱控制： 溫度變化導(dǎo)致封裝體失效的幾種可能機(jī) 制： 焊接鍵合材料的機(jī)械蠕動變形 寄生的化學(xué)反應(yīng) 半導(dǎo)體摻雜離子吸熱擴(kuò)散 機(jī)械支撐的熱疲勞等都會

4、由于高溫而 增大失效速率 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 2、封裝熱控制的溫度值目標(biāo) 通常電子產(chǎn)品的最高允許溫度為 少數(shù)產(chǎn)品可到 可靠性要求高的產(chǎn)品，平均半導(dǎo)體結(jié)的工作溫度限定 在 以下 一般地，微電子器件的溫度不能超過 微電子器件的封裝材料在高溫下強(qiáng)度會降低 封裝的塑料能承受的最高溫度一般為 ， 即塑料的變形溫度 另外，高于 時(shí)，錫焊接點(diǎn)的強(qiáng)度就開 始降低 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 3、微電子器件封裝的熱控制要根據(jù)封裝等級不同而有不同的處理， 及在不同的封裝水平上根據(jù)傳熱機(jī)理，使用不同散熱技術(shù)： 第一級，微電子器件的封裝是芯片的封裝，對芯片提供保護(hù)外 殼 主要目

5、標(biāo)： 將芯片散發(fā)的熱量傳導(dǎo)到封裝的表面，然后傳導(dǎo)到印刷 電路板上 降低半導(dǎo)體硅片和封裝外表面之間的熱阻，是降低芯片溫 度的最有效方法。 為改善芯片散熱性能，可在晶片鍵合的黏結(jié)劑中添加鉆石、 銀或者是其他高導(dǎo)熱性材料 另一種方法是在芯片表面上安放金屬片散熱器，同時(shí)應(yīng)用 增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的模塑材料及封埋導(dǎo)熱插件 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 3、微電子器件封裝的熱控制要根據(jù)封裝等級不同而有不同的處理， 及在不同的封裝水平上根據(jù)傳熱機(jī)理，使用不同散熱技術(shù)： 第二級封裝，印刷電路板封裝，它提供芯片與芯片之 間的通信 第三級封裝，主板封裝，它提供印刷電路板之間的連 接 第四級封裝，整個(gè)系統(tǒng)的整

6、機(jī)和外殼的封裝 在級和級中，常用強(qiáng)制熱控手段，如強(qiáng)制通風(fēng)系 統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、散熱管、熱交換器以及液體泵 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 4、其他熱控制技術(shù)例舉 依據(jù)技術(shù)的物理原理： 熱傳導(dǎo) 對流 輻射 相變過程 塑料 DIP封裝： 加入 SiO2粉增加模塑材料塊的導(dǎo)熱性 用高導(dǎo)熱的銅合金替代低導(dǎo)熱的合金 43做引線框架 引入封裝內(nèi)部熱分散結(jié)構(gòu)，如鋁金屬熱分散結(jié)構(gòu) 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 4、其他熱控制技術(shù)例舉 采用高導(dǎo)熱的陶瓷材料做封裝 高導(dǎo)熱材料有： 氮化鋁 碳化硅 氧化鈹 用它們代替常用的氧化鋁陶瓷 降低芯片與封裝表面之間的距離，縮短散熱路徑 封裝的熱控制 一

7、、 電子器件熱控制的重要性 4、其他熱控制技術(shù)例舉 用封裝外部散熱器來降低對流散熱阻力 很普遍，制造更多的對流通風(fēng)的散熱表面 對流通風(fēng)可以是自然空氣循環(huán)，也可以在散 熱器上用電扇吹風(fēng) 在大功率器件上，最好用直接排熱管道散熱 可以將器件浸在液體介質(zhì)中，或通過高速吹 風(fēng)來冷卻芯片 用埋藏散熱管可大大地提高散熱能力 封裝的熱控制 一、 電子器件熱控制的重要性 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 三種傳熱方式： 熱傳導(dǎo) 對流 輻射 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 1、一維熱傳導(dǎo) 在固體和靜止的液體以及靜態(tài)的空氣媒介當(dāng)中， 熱的傳導(dǎo)是通過分子間的能量交換來實(shí)現(xiàn)的 其表達(dá)式為熱傳導(dǎo)傅里葉方程： q dT

8、kA dx 熱流 熱導(dǎo)率 傳導(dǎo)橫截面積 在傳導(dǎo)方向溫度梯度 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 穩(wěn)定傳熱長度為 L的介質(zhì)兩端溫差： 12 qL TT kA 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 2、固體界面熱流通： 1 2 1 2 12 22 c c f v T T T T q k A k A k A 物體實(shí)際接觸面積 兩物體熱導(dǎo)率 物體間流體熱導(dǎo)率 兩物體間通過 流體接觸的面積 兩物體之間間隙 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 3、 對流 含義： 由固體向流動的流體的傳熱叫 包括兩機(jī)制： 由臨近的靜止分子向固體表面的熱交換， 與熱傳導(dǎo)一樣 由于流體流通而將熱量從固體表面帶走 封裝的熱控制 二、熱控

9、制計(jì)算基礎(chǔ) 3、 對流 牛頓冷卻定律 設(shè)物體表面和流體間的溫度差和熱流量成正 比，可表示為： ()sfq h A T T 傳熱系數(shù) 表面積 物體表面溫度 流體溫度 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 3、 對流 熱輻射 含義 由于電磁波或者光子能量的輻射與 吸收的結(jié)果 可通過真空或者其他對紅外光線透 明的媒介傳熱 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 3、 對流 熱輻射 熱輻射波能量（特別對于波長大于 1微米） Q與發(fā)熱表面和介質(zhì)間的溫度 4次方之差成正 比： 44 1 2 12()Q A T T F 輻射系數(shù) 斯蒂芬 -玻爾茲曼常數(shù) 兩表面輻射 “ 視因子 ” 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 3

10、、 對流 熱輻射 當(dāng)溫差很少時(shí)，等式可以表示為： 12()rQ h A T T 3 2 1 2 1 24 ( )rh F T T 有效輻射傳熱系數(shù) 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 3、 對流 熱輻射 當(dāng)溫度差較?。?10K），輻射系數(shù)近似等于 自然對流傳熱系數(shù) 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 加熱（一個(gè)高導(dǎo)熱能力的內(nèi)部受熱固體， 如果沒有外部冷卻，）其升溫速率： p d T q d t m c 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 冷卻： 當(dāng)一個(gè)固體被外部冷卻，升溫會以漸 近線形式趨于某個(gè)值 如已知其溫度傳導(dǎo)系數(shù)，最終穩(wěn)定溫 度可有牛頓冷

11、卻公式得到 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 冷卻時(shí)，物體溫度隨時(shí)間變化： /( ) ( 0 ) ( 1 )ph A t m c ssT t T T e 穩(wěn)定態(tài)溫度 熱時(shí)間常數(shù) 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 4、 整體負(fù)載的加熱與冷卻 由一個(gè)對流冷卻的固體向四周 的熱傳導(dǎo)受到兩種熱阻力： 固體 內(nèi)部 熱傳導(dǎo)阻力 外 表面 的對流熱阻力 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 5、熱阻 熱的歐姆定律 定義熱阻為 th T R q 熱流 溫度降 封裝

12、的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 5、熱阻 封裝中熱的歐姆定律 也用器件結(jié)溫與環(huán)境溫度差來表示 ja ja TT q 不再是熱流，而是器件功率 jc封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熱傳導(dǎo) ca器件的安裝和冷卻技術(shù)，熱對流 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 5、熱阻 從傅立葉方程出發(fā) 一層材料的傳導(dǎo)熱阻為 th L R kA 截面積 A材料在傳熱方向的距離 熱導(dǎo)率 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 6、串聯(lián)熱阻 具有電阻串聯(lián)的形式 其熱流表達(dá)式根據(jù)傳熱方式不同而不同 如： 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 將 代入溫差等式中，就很容易得到溫度 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 7、并聯(lián)熱阻 具有電阻并聯(lián)的形式 溫度

13、和環(huán)境溫度之間的總熱阻可以寫為 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 8、 IC和印刷板封裝的熱控制 以一個(gè)實(shí)例說明，如圖為貼裝在主板上的帶有散熱器 的芯片塑料封裝結(jié)構(gòu)示意圖 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 8、 IC和印刷板封裝的熱控制 實(shí)例說明 下圖為該帶有散熱器的芯片塑料封裝的散熱示意圖 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 8、 IC和印刷板封裝的熱控制 實(shí)例說明 由一層材料的傳導(dǎo)熱阻表達(dá)式 th LR kA 從芯片界面開始依次計(jì)算出各層熱阻 然后使用串聯(lián)方式，計(jì)算出芯片上下兩側(cè)的熱阻 在用并聯(lián)方式計(jì)算出總熱阻 最后通過 計(jì)算出芯片溫度 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 9、 自然通風(fēng)的印刷

14、板 自然通風(fēng)原理： 熱空氣上升，冷空氣下降 熱傳導(dǎo)與通道關(guān)系： 一方面熱傳導(dǎo)與通道寬度有關(guān) 另一方面相對細(xì)長的通道，流體速度最高， 熱傳導(dǎo)速率最大 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 9、 自然通風(fēng)的印刷板 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 10、 單一印刷電路板 在中等溫度情況下，對于垂直的等溫表 面，自然對流熱傳導(dǎo)系數(shù)可以用溫度差 的函數(shù)表示 對于表面熱流均勻的平面，自然對流傳 熱系數(shù)可以用熱通量函數(shù)表示 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 11、 強(qiáng)制對流下的印刷電路板 在兩個(gè)熱的平行板間的冷流體的流動，會導(dǎo)致 沿著板表面的流體動力和溫度邊界層的形成 在邊界層流體區(qū)域中，自由氣流的速度和溫度

15、 轉(zhuǎn)變成墻壁的速度和溫度，流體在墻壁的速度 為零，其溫度等于墻壁的溫度 在離通道進(jìn)口足夠遠(yuǎn)的地方，通道墻上形成的 邊界層逐漸消失，變成完全的對流傳熱。一般 發(fā)生層流，很少出現(xiàn)混合與渦流的現(xiàn)象 封裝的熱控制 二、熱控制計(jì)算基礎(chǔ) 11、 強(qiáng)制對流下的印刷電路板 當(dāng)強(qiáng)制的層流在一個(gè)長且狹窄的平行板間流動， 傳熱系數(shù)達(dá)到最大值： 4 h f e k d 4 e w A d P 通道流體直徑 熱導(dǎo)率 通道周長 流體截面積 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 1、散熱器 原理： 熱阻與傳熱系數(shù)和傳熱表面積成 反比 熱傳導(dǎo)定律： 熱流從高溫向低溫傳導(dǎo) 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 1、散熱器 散熱器總

16、傳熱 ()f b aq hA T T 熱流 有效系數(shù) 基礎(chǔ)面積 傳熱系數(shù) 環(huán)境溫度 基底溫度 封裝的熱控制 1、散熱器 散熱器特點(diǎn) 表面積大 基本為矩形，基底部分厚度大于尾部 厚度 形狀有片狀，有針狀 散熱片間距越來越小，鋁薄片整體彎 曲后焊接，降低鍵合熱阻 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 2、熱通道 埋藏在電路板中金屬傳熱通道將降低熱 流阻 1 (1 )z m m mk k a k a 其中， km、 k1為金屬與絕緣體的熱導(dǎo)率， am為通道金屬截面積所占總面積的比例 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 2、熱通道 增加電路板導(dǎo)熱的一個(gè)有效方 法： 引入厚的銅金屬層，可以 降低 PWB板

17、內(nèi)熱阻 有利于將熱傳輸?shù)?PWB板邊緣 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 3、熱管道冷卻 含義： 是一種 長距離傳導(dǎo)大熱量 的導(dǎo)熱器件 利用 相變及蒸發(fā)擴(kuò)散 過程來傳導(dǎo)熱量 用在 沒有運(yùn)動部件及恒定溫度 的地方 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 3、熱管道冷卻 熱管構(gòu)成，三個(gè)部分： 蒸發(fā)： 在這里吸收熱量同時(shí)流體蒸發(fā)； 冷凝： 在這里蒸氣冷凝同時(shí)排出熱量 絕熱： 這一段氣相和液相在中心和虹吸繩芯中流動來 完成循環(huán)，它與周圍介質(zhì)有明顯的熱交換 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 3、熱管道冷卻 熱管可以提供一個(gè)熱阻非常低的路徑 一個(gè)銅管熱導(dǎo)率 400W/（ m.K） 加入水流體熱導(dǎo)率高達(dá) 1

18、00000W/（ m.K） 是普通銅管的 250倍 以水為流體，直徑 0.6cm長 15cm的水平 循環(huán)熱管可以傳導(dǎo)熱量 300W 而蒸發(fā)端到冷凝端只有 23 的溫差 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 3、熱管道冷卻 熱管的工作部分由 蒸汽作為介質(zhì) ，重量 很輕，大約幾克 但電子元件和熱管間的 界面熱阻將是阻 礙熱管工作效率的關(guān)鍵 發(fā)展和制造可靠的熱管非常重要 熱管多為柱狀，也可做成圓角形， S型，螺旋 形，甚至做成接近 3毫米的薄平板結(jié)構(gòu)，直接 放在 PWB背后 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 4、沉浸冷卻 原理： 通過直接將電子元器件沉浸在低沸點(diǎn) 的介質(zhì)液體中，達(dá)到控制電子器件工 作

19、溫度的目的 冷卻介質(zhì)在回路中流動，蒸發(fā)后冷凝 并返回系統(tǒng) 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 4、 熱電制冷 原理： 熱電制冷 TEC是一個(gè)固態(tài)熱泵 如有電勢加在兩個(gè)半導(dǎo)體結(jié)上 熱量會被一個(gè)結(jié)吸收而從另一個(gè)結(jié)放 出 熱量與電流大小成正比。 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 4、 熱電制冷 原理： Pelter效應(yīng)： 當(dāng)電子從 P-N結(jié)的 P型半 導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到 N型半導(dǎo)體， 其能量態(tài)將會升高 因而吸收熱量，導(dǎo)致周 圍溫度降低 當(dāng)電子移到 N邊時(shí)，釋放 出熱量 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 4、 熱電制冷 Peiter效應(yīng)應(yīng)用：半導(dǎo)體制冷片 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 5、冷卻方法之

20、選擇 冷卻的必要性 電阻的存在使得器件溫度上升 一旦超過使用溫度，半導(dǎo)體結(jié)功能將 惡化，甚至擊穿燒毀 另外過熱將使得封裝破裂，熔化甚至 燃燒 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 5、冷卻方法之選擇 封裝熱設(shè)計(jì)考慮： 改善芯片導(dǎo)熱性 提供 PN結(jié)到芯片外的熱通道 增加芯片貼裝到基板的導(dǎo)熱性 改善封裝的熱分布 減少芯片封裝到基板的熱阻 提高器件散熱能力 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 5、冷卻方法之選擇 冷卻的過程： 器件在使用過程中產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境 熱量通過 傳導(dǎo) 對流 輻射 相變過程 從器件傳輸?shù)酵饨绛h(huán)境。 封裝的熱控制 三、電子器件冷卻方法 5、冷卻方法之選擇 冷卻的途徑： 風(fēng) /

21、液體 自然空氣冷卻、自然通風(fēng)冷卻 強(qiáng)制通風(fēng)冷卻、液體冷卻等 選用合理的材料結(jié)合 選用合理材料結(jié)合，使材料結(jié)合有合理 傳熱機(jī)制，使器件被控制在工作溫度內(nèi) 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 熱應(yīng)力的起源： 封裝材料的熱彈性變形引起的熱應(yīng)力 較大的溫度不均勻引起的熱應(yīng)力 熱沖擊或熱應(yīng)力松弛引起 熱應(yīng)力可能導(dǎo)致封裝機(jī)械失效 封裝機(jī)械失效含義： 任何尺寸、形狀、材料性質(zhì)或結(jié)構(gòu)的整 體性方面的 機(jī)械性損壞 而導(dǎo)致的 結(jié)構(gòu)功 能喪失 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 機(jī)械損壞表現(xiàn)為： 晶體管 PN結(jié)損壞 晶體管結(jié)反向電壓升高引起散發(fā)功率增 大、熱量積聚 積聚熱量不能散發(fā)掉，高溫雪崩現(xiàn)象增 大

22、，引起結(jié)處產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力導(dǎo) 致晶體管結(jié)擊穿失效 過大的彈性、塑性或脆性變形損壞 疲勞損壞、蠕變損壞 熱松弛損壞、熱沖擊損壞 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 1、芯片貼裝的熱機(jī)械應(yīng)力 來源： 芯片與基板之間 CTE不匹配 導(dǎo)致貼裝處的熱應(yīng)力 甚至引起芯片斷裂 破裂位置 ： 一般發(fā)生在大芯片角落上 芯片貼裝處的空洞是造成芯片應(yīng)力的主要原 因 在空洞邊緣處，芯片受到張應(yīng)力，從而垂直 斷裂 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 1、芯片貼裝的熱機(jī)械應(yīng)力 焊接導(dǎo)致斷裂 ： 軟粘接劑（鉛錫、有機(jī)樹脂）貼片 焊劑本身強(qiáng)度低而斷裂 硬焊接劑（金硅共溶體、玻璃焊接） 貼片 熱應(yīng)力會傳到芯片上從

23、而使其斷裂 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 1、芯片貼裝的熱機(jī)械應(yīng)力 減少貼裝粘膠處熱應(yīng)力措施 ： 使粘膠的彎曲硬度與粘接面的彎曲硬度一致， 盡量使用同一種膠 粘貼面材料硬度越高越好 用彈性模量小的粘膠劑會緩解熱應(yīng)力 保持熱應(yīng)力在粘膠劑的彈性范圍內(nèi)，避免撕 扯應(yīng)力 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 2、熱疲勞 含義 溫度波動引起負(fù)載反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致材料疲勞， 在熱循環(huán)的低溫階段將發(fā)生脆性疲勞斷裂 熱疲勞與封裝 多種材料組成的封裝體 經(jīng)受反復(fù)熱循環(huán)時(shí)，發(fā)生熱脹冷縮，產(chǎn)生熱 應(yīng)力 如 CTE不匹配，將引起反復(fù)疊加逆向負(fù)載，使 封裝失效 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 3、

24、封裝焊接點(diǎn)的熱應(yīng)力 產(chǎn)生原因 焊接件間熱膨脹系數(shù)不匹配，元件通 電并產(chǎn)生熱量時(shí)，焊接點(diǎn)就會產(chǎn)生剪 切應(yīng)力 高溫及反復(fù)的溫度變化引起焊接點(diǎn)的 應(yīng)力和熱疲勞 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 3、封裝焊接點(diǎn)的熱應(yīng)力 引線焊接鍵合的熱應(yīng)力 兩種引線焊接方式： 熱壓引線焊接 超聲波引線鍵合 兩種方式，都存在 CTE不匹配，產(chǎn)生熱應(yīng) 力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致脫焊，出現(xiàn)引線斷縫 也可出現(xiàn)引線焊接位移位導(dǎo)致短路 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 4、印刷板的熱應(yīng)力 結(jié)構(gòu)： 玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂作為原板 經(jīng)穿孔、通孔金屬鍍層和腐蝕等工藝制 造 用樹脂浸漬玻璃纖維作為結(jié)合劑將幾個(gè) 原板疊合可制作成多層印刷

25、電路板，每 層板之間通過鍍金屬通孔互相連接 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 4、印刷板的熱應(yīng)力 熱應(yīng)力來源： 印刷電路板中導(dǎo)體基本為 Cu， Cu的 CTE與樹 脂玻璃纖維 相比小得多，因此當(dāng)印刷板冷熱 將產(chǎn)生熱應(yīng)力 鍍金屬孔與電路板 熱不匹配產(chǎn)生熱應(yīng)力 元件與電路板之間填充物 膨脹引起垂直于電 路板的熱應(yīng)力 電路板中的有機(jī)材料的熱機(jī)械性對溫度突變 和潮濕敏感（吸潮） 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 5、灌封樹脂的熱性質(zhì) 熱塑性樹脂 玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)各種熱塑性樹 脂的總稱 特點(diǎn)： 加熱軟化，冷卻固化，為可逆過程。 熱固性樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂、有機(jī)硅樹脂 特

26、點(diǎn)： 一旦固化再加熱不軟化 封裝的熱控制 四、熱機(jī)械應(yīng)力對封裝的影響 5、灌封樹脂的熱性質(zhì) 彈性聚合物（硅橡膠） 特點(diǎn)： 熱穩(wěn)定好，防潮 環(huán)氧樹脂 特點(diǎn) 非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)度大、黏結(jié)性好、 CTE 低 加入少量彈性樹脂，使得彈性模量降低，有利于 降低熱應(yīng)力，同時(shí)保留了環(huán)氧樹脂化學(xué)穩(wěn)定、強(qiáng) 度大、粘接性好于 CTE低的特點(diǎn) 習(xí)題與思考題 1、為什么要進(jìn)行封裝的熱控制 2、進(jìn)行微電子封裝，需要考慮那些傳熱方式 3、熱阻的表達(dá)式及其串并聯(lián)計(jì)算，掌握 帶有散 熱器的芯片塑料封裝結(jié)構(gòu)中芯片溫度計(jì)算的 實(shí)例 4、微電子器件的冷卻方法有哪些，如何選用合 適的冷卻手段 5、電子封裝中，熱機(jī)械應(yīng)力有那些來源，對封 裝體有那些影響