嵌入式系统封装功率器件的可靠性建模研究

金星

摘  要：该文基于对嵌入式系统封装功率器件可靠性建模的研究，首先，阐述嵌入式系统封装功率器件可靠性建模研究的必要性。其次，分析嵌入式系统封装功率器件发展，其中包括一般封装发展、功率器件发展。最后，对嵌入式系统封装功率器件的可靠性建模进行分析，主要包含嵌入式系统封装分析、封装可靠性分析、焊点可靠性分析等。

关键词：嵌入式系统封装  功率器件  可靠性建模

中图分类号：TN405    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0066-02

功率器件采取嵌入式封装方式，不仅可以减少尺寸，降低成本，同时可以使得功率器件的性能得到保障。但是，在这一过程中，因为热膨胀系数问题，填充材料与芯片界面会出现热应力，导致芯片出现开裂等问题。基于此，为在最大程度上避免这一问题的出现，要加强对嵌入式系统封装功率器件可靠性建模的研究，这样才能将功率器件的作用与价值充分发挥。所以，该文将针对嵌入式系统封装功率器件可靠性建模相关内容进行阐述。

1  嵌入式系统封装功率器件可靠性建模研究的必要性

虽然在许多其他国家针对嵌入式系统封装功率器件的可靠性建模问题进行分析与研究，但是，在其中的曲翘以及热循环等方面的研究仍然有待完善，特别是嵌入式系统封装结构的研究。嵌入式系统封装结构具备一定的高密度特点以及多芯片特点，所以，可以使得其附加值得到保障。在对可靠性建模进行研究的过程中，能够为设计工作以及生产工作提供有效的数据信息，从而实现降低成本的目的[1]。虽然嵌入式系统封装系统是处于发展中的一个新技术，目前该项技术并未成熟，但是随着社会的不断进步嵌入式封装系统有着良好发展前景。近些年，我国更加注重节能减排与节能环保工作，因此，会在很大程度上推动半导体市场的进步。从目前的发展中可以看出，功率器件的应用率较低，但是市场空间较大。因此，通过加强对嵌入式系统封装功率器件可靠性建模的研究，能够改变我国功率器件进口现象，为我国的更好发展打下良好的基础。

2  嵌入式系统封装功率器件发展分析

2.1 一般封装发展

为保证能够在特定尺寸的芯片当中发挥出不同的功能与作用，防止在高密度的2D封装长程互联出现RC延迟现象，3D封装成为封装技术发展的主要趋势与方向。但是，随着我国科学技术与先进技术的不断发展，使得不同新型的封装方式出现，比如，MCM封装方式、SOP封装方式、POP封装方式等，这也为3D封装的发展打下良好基础[2]。3D封装技术具备一定的优势，比如，速度较快特点、降低噪声特点以及降低功耗特点等，使得整个开发时间能够得到减少，保證系统的安全稳定运行。

2.2 功率器件发展

因为随着科学技术以及先进技术的不断发展，使得功率芯片的尺寸、封装外形尺寸在不断缩小，同时芯片的电流密度不断提升，因此，在封装级别中，热传递能力难以保持。如果封装发展的主要趋势是，芯片的尺寸不断缩小，并且将其应用在系统中，那么功率封装的功率芯片在热散耗过程中，要加强对印刷电路板的应用。在封装外型的不断缩小过程中，热传递需要使用热沉系统与板，外部散热需要利用裸露金属层。

3  嵌入式系统封装功率器件的可靠性建模分析

3.1 嵌入式系统封装分析

嵌入式系统封装的工艺过程是3D封装的重要组成部分。在该种3D封装结构当中，功率器件会被埋进高聚物中，芯片与焊点之间的连接，需要通过再分布金属化导线方式，不仅具备较好的电气性能，同时能够为芯片的运行，创造良好环境，使其稳定性与可靠性得到保障。埋入原件基板封装技术，为系统封装中的嵌入式封装打下良好的基础。嵌入式系统封装 能够在欧盟的项目中得到支持与保障，在实现堆叠芯片的互联中，可以通过使用涂树脂铜箔以及激光通孔的方式完成。在随后项目的启动过程中，为嵌入技术的发展提供动力与保障，并且将嵌入技术更好地应用在实际的工作中[3]。但是，在后来将嵌入式封装技术应用在晶圆级中，因为材料的热膨胀系数存在问题，主要是与实际系数不匹配。导致在填充材料与芯片界面中产生热应力。热应力的出现，会对芯片的使用造成影响。比如，出现芯片翘曲问题以及芯片开裂问题等。这一问题的出现，会使得嵌入式系统封装功率器件的可靠性降低，实际的使用会受到影响。

3.2 封装可靠性分析

芯片在制造环节、检测环节以及运输环节中，会在不同程度上受到盈利的作用与影响。虽然此类应力不会对材料的使用产生破坏，但是因为电子产品需要重复使用，会产生材料的损伤问题，同时损伤会不断累计，从而出现材料被破坏等问题。但是，在材料出现破坏之前，该类损伤问题难以被及时发展。采取常规的检测方式，也无法检测出功率器件的受损害情况。因此，要对应力的可靠性与准确性进行分析与研究。保证微电子封装可靠性，可以在很大程度上使得电子产品整机的可靠性得到保障。可靠性在如今电子产品领域当中，其地位可以与产品的技术指标相匹配。怎样保证电子产品的可靠性，已经成为国内与国外研究的重点内容。与此同时，在这一过程中，要加强电子封装的可靠性问题的研究。这样可以使得封装可靠性得到保障，为我国相关行业的发展打下良好的基础。

3.3 焊点可靠性分析

在如今微电子技术以及先进信息技术的不断发展过程中，半导体器件已经从传统的分立形式，转化为如今的集成形式。如今在一个芯片中，可以将上亿个器件进行集成，封装尺寸不断减少，同时在元器件中也会包含不同类型的材料。不同类型材料，使得材料的高度致密性得到保障，由此可以看出半导体器件与封装体逐渐变得更加复杂，对于可靠性建模问题的研究也越发重要。

不同的因素都会对其可靠性建模造成影响，主要体现在以下几点中：第一，制造工艺条件的影响。较为大型且复杂的电板路，其温度一般情况下会保证在260℃。这一温度虽然对小型电板路影响微乎其微，但是可能会对元器件可靠性以及PCB的可靠性造成严重影响。第二，PCB层压材料影响。PCB层压材料，尤其是大型且复杂的厚电路板，可能会出现分层现象或者层压破裂现象[4]。第三，环境因素影响。在热循环背景下，蠕变疲劳会通过损伤聚集效应的方式，造成焊接点失效。焊接点失效会出现组织粗化、组织弱化以及裂纹扩大等现象，产生这一问题的主要原因是蠕变速率。第四，焊点形态影响。焊点参数形态通常情况下会包含许多不同内容，比如，焊点高度、焊点间距等。不同参数对应力应变值会产生一定影响，所以焊接点的热疲劳寿命会存在差异。对于不同的影响因素，需要相关工作人员能够采取有效措施。这样才能在最大程度上保证嵌入式系统封装功率器件安全稳定运行，提升其可靠性。

4  结语

综上所述，嵌入式系统封装功率器件可靠性建模研究工作的顺利展开，对于嵌入式系统封装功率器件的使用而言具有重要作用。因此，要将嵌入式系统封装功率器件可靠性建模研究作为重点与关键，对于可靠性建模采取不同的分析与研究方式，从而为相关行业的更好发展打下基础。

参考文献

[1] 刘朋，施思寒，谢斌，等.一种星载电子设备嵌入式集成管理单元设计[J].航天器工程，2018，27（4）：111-116.

[2] 杨明东.嵌入式软件开发平台中的文件系统封装机制[J].信息通信，2018（5）：143-144.

[3] 马若飞，杨柳，雷连发.跨平台模块化嵌入式多任务软件框架研究[J].火控雷达技术，2017，46（4）：46-50.

[4] 王新潮，陈灵芝.塑封互联MIS高可靠性封装及板级封装新技术[J].电子与封装，2017，17（7）：1-4，16.