Elektromagnetische und thermomechanische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung

Neuer Simulationsmodellansatz: Zuverlässigkeitsanalyse unter Verwendung von CZM für 3D-Packages#

© Fraunhofer ENAS
Delaminationsanalyse der Metallisierung eines 3D-Waferlevel-Packages, das einem Schertest unterzogen wurde.

Die thermo-mechanisch bedingte Delamination von Grenzflächen ist ein Hauptproblem, das zu Zuverlässigkeitsproblemen in Multi-Material-Strukturen führen kann, die im Allgemeinen in 3D-Mikrosystemgehäusen auftreten. Finite-Elemente-Simulationen, die traditionell auf der Festigkeitslehre basieren, werden häufig eingesetzt, um ein besseres Verständnis der Fehlerursachen und der kritischen Parameter zu erreichen. Die korrekte Auswertung von Finite-Elemente-Ergebnissen an Grenzflächendiskontinuitäten ist jedoch ein generelles Problem für die numerische Analyse von Grenzflächen-Delaminationen, da das Spannungsfeld an scharfen Grenzflächenkanten und Grenzflächenrissen einer Singularität gehorcht. Um irreführende Simulationsergebnisse zu vermeiden, ist eine bruch- oder schädigungsmechanische Behandlung erforderlich. In den letzten Jahren wurde die Schädigungsmethodik »Kohäsive Zonenmodellierung (CZM)« entwickelt, die zusätzlich den Delaminationsfortschritt verfolgen kann und auf eine Vielzahl von Packaging- und Interconnect-Lösungen angewendet wurde. Durch Anpassung an experimentelle Befunde, wie z. B. durch Scherversuche am Beispiel einer »Metallisierungs-Grenzfläche zu gestapelten Chips« entsprechend der oberen Abbildung bestimmt, wurden Parameter für verschiedene Grenzflächen elektronischer Materialien gesammelt. Auf diese Weise stehen Analysemöglichkeiten für zahlreiche Grenzflächen-Festigkeitsbewertungen zur Verfügung.