一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法技术

本发明专利技术公开一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法，搭建试验平台，用应变片分别测量底层和顶层焊球的情况，针对可能出现的不同的加载模式，构建了四种典型的热循环应力和振动循环应力混合组合的加载模式，更全面真实反应实际的工况，提高了寿命预测的精确度；由动态信号测试仪记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为实验数据，根据实验数据分别计算得到应变，再将应变经雨流计数法计算出应变幅，然后根据公式计算出PoP芯片的预测寿命；比简单地将热循环和振动载荷损伤率相加更精确，无需长时间地测试焊球失效时间，更为高效快速。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法
本专利技术涉及芯片加速寿命试验方法，特指一种用于PoP(PackageonPackage，即叠层封装)芯片寿命预测试验方法。
技术介绍
随着芯片的发展,电子封装技术发展产生的PoP成为3D封装中最为流行的产物之一。PoP芯片具有良好的尺寸性能，电子功能强大，并且具有生产周期短及生产成本低廉的优势。其主要作用就是将底层封装为逻辑器件，在顶层封装中集成高密度的组合存储件，该器件能够集成高密度的数字或数字和模拟的混合信号。PoP芯片设计灵活性大、传输信号快、可靠性高，应用广泛，其使用寿命直接影响其电子产品的质量和可靠性，其寿命预测很关键。加速寿命试验是加大应力、强化试验条件，使产品暴露缺陷加速失效的试验，从而在较短的时间内对产品在正常的情况下进行寿命特性预测和评估的，其前提为失效机理不改变的同时又不带来新的失效因素。根据应力的加载方式，加速寿命试验可以分为三类：恒定应力、序进应力和步进应力加速寿命试验。其中，恒定应力试验需分多组试验，试验周期长，而步进应力和序进应力加速试验数据不适用于PoP焊点寿命估计的Coffin-MansonEquation(循环应变-寿命公式)模型。目前针对芯片的加速寿命预测试验多是针对BGA(BallGridArray,球栅阵列),PBGA(PlasticBallGridArrayPackage，塑料焊球阵列)封装等单层芯片结构，缺乏对叠层封装PoP芯片含有两层焊球情况的加速寿命预测，且多为施加单一载荷，比如单一施加热载荷，或者单一施加振动载荷进行试验。但是实际工作中，PoP芯片是受到多种复杂的载荷共同影响的，多半是在热、机械综合载荷加载的环境中工作，而且焊点寿命与加载的载荷以及加载的先后顺序密切相关。单一载荷下PoP芯片的寿命预测试验不能全面反应PoP工作时的真实环境，单一的加载模式也不能全面真实的反应每种特殊加载模式下的PoP芯片焊点的寿命情况。如中国专利申请申请号为201410031170.6的专利文献提出的一种基于有限元仿真的热振联合载荷下BGA焊点疲劳寿命预测方法，该方法是先加热循环载荷，再选取几个关键温度进行振动加载进行仿真，这和实际的热循环与振动同时加载的情况仍有差异，且在最后寿命预测计算热振联合载荷下BGA焊点的总损伤率时，直接将热循环导致BGA焊点的损伤率和几个关键温度下随机振动导致的损伤率相加得到，也不符合真实情况。而中国专利申请号为201410614060.2的专利文献提出的一种BGA焊点加速寿命预测方法，是先进行温度循环加载，再进行综合应力加载，最后再进行温度循环加载，也只能单一反应该种加载模式的情形，而且测试失效时间周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有PoP芯片寿命预测试验技术存在的问题，提出一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法，是一种针对PoP芯片的高效、客观、全面、低成本的寿命预测以及加速寿命试验方法，全面地预测PoP芯片的工作寿命。本专利技术采用的技术方案是包括以下步骤：1）搭建试验平台，试验平台包括一个高低温实验箱，高低温实验箱里面放置振动实验台以及由PCB板和PoP芯片组成的PoP组件，振动控制仪连接并控制振动试验台；在PoP组件顶层芯片两条边各贴一个顶层应变片，在PoP组件底层芯片下方的PCB背面两条边各贴一个底层应变片；两个顶层应变片与第一个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接；两个底层应变片与第二个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接，两个惠斯通电桥半桥分别接入应变放大器，应变放大器经动态信号分析仪连接电脑；2）先开启高低温实验箱对PoP芯片进行高低温循环加载，高低温循环加载后再开启振动控制仪进行振动加载，高低温循环加载和振动加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第一组实验数据；3）先开启振动控制仪对PoP芯片6进行振动加载，振动加载结束后再开启高低温实验箱进行高低温循环加载，振动加载和高低温度循环加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第二组实验数据；4）先开启高低温实验箱对PoP芯片持续进行高低温循环加载，高低温加载后第T分钟时再开启振动控制仪进行T分钟的振动加载，然后停止振动加载T分钟，再加载T分钟的振动载荷，如此依次间歇性地进行振动加载；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第三组实验数据；5）同时开启高低温实验箱和振动控制仪对PoP芯片6进行高低温循环和振动共同加载，共同加载T分钟后停止高低温循环加载，停止T分钟后再进行T分钟的高低温循环加载，如此依次间歇性地进行高低温循环加载；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第四组实验数据；6）电脑根据四组实验数据分别计算得到应变；再将应变经雨流计数法计算出应变幅；然后根据公式分别计算出对应于的寿命；最后根据公式计算出PoP芯片的预测寿命；Ai是PoP组件的焊点开裂面积；AD=6.1×103mm2。本专利技术采用上述技术方案后具有的优点：1、本专利技术针对PoP芯片两层焊点的特殊“三明治”结构，用应变片分别测量底层和顶层焊球的情况，更真实的反应各层焊球的情况。2、由于热循环载荷和振动循环载荷的加载次序对寿命将产生影响，针对可能出现的不同的加载模式，本专利技术构建了四种典型的热循环应力和振动循环应力混合组合的加载模式，能更全面真实的反应实际的工况，提高了寿命预测的精确度，对PoP芯片可靠性形成评估。3、基于合金材料焊点的循环应变-寿命的修正Coffin-Manson方程模型计算疲劳，比现有技术中简单地将热循环和振动载荷损伤率相加更精确，也无需长时间地测试焊球失效时间，更为高效快速。附图说明图1是本专利技术一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法的的流程图；图2是实施本专利技术所采用的试验平台的连接原理图；图3是图2中PoP芯片上的应变片贴片方式图；图4是图2中应变片与电桥盒组成的半桥电桥结构图；图5是本专利技术的温度循环加载示意图；图6是本专利技术的正弦振动循环加载示意图（量级10G）；图7是本专利技术的第一种加载模式示意图；图8是本专利技术的第二种加载模式示意图；图9是本专利技术的第三种加载模式示意图；图10是本专利技术的第四种加载模式示意图。图2中：1.振动控制仪；2.高低温实验箱；3.振动实验台；4.实验夹具；5.PCB板；6.PoP芯片；7.顶层应变片；8.底层应变片；9.电桥盒；10.应变放大器；11.动态信号分析仪；12.电脑。具体实施方式参见图1，本专利技术首先制备试验样品，试验样品为含单个PoP芯片的PCB组件。然后再搭建如图2的试验平台。试验平台包括一个高低温实验箱2、高低温实验箱2里面放置有振动实验台3、实验夹具4、PCB板5和PoP芯片6。PCB板5和PoP芯片6组成PCB组件。将PoP组件通过实验夹具4固定在振动试验台3上，在PoP组件顶层的芯片塑封层上，沿芯片两条边方向各贴上一个顶层应变片7，分别是第一个顶层应变片7和第二个顶层应变片7，如图3所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法，其特征是包括以下步骤：1）搭建试验平台，试验平台包括一个高低温实验箱，高低温实验箱里面放置振动实验台以及由PCB板和PoP芯片组成的PoP组件，振动控制仪连接并控制振动试验台；在PoP组件顶层芯片两条边各贴一个顶层应变片，在PoP组件底层芯片下方的PCB背面两条边各贴一个底层应变片；两个顶层应变片与第一个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接；两个底层应变片与第二个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接，两个惠斯通电桥半桥分别接入应变放大器，应变放大器经动态信号分析仪连接电脑；2）先开启高低温实验箱对PoP芯片进行高低温循环加载，高低温循环加载后再开启振动控制仪进行振动加载，高低温循环加载和振动加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第一组实验数据；3）先开启振动控制仪对PoP芯片6进行振动加载，振动加载结束后再开启高低温实验箱进行高低温循环加载，振动加载和高低温度循环加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第二组实验数据；4）先开启高低温实验箱对PoP芯片持续进行高低温循环加载，高低温加载后第T分钟时再开启振动控制仪进行T分钟的振动加载，然后停止振动加载T分钟，再加载T分钟的振动载荷，如此依次间歇性地进行振动加载；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第三组实验数据；5）同时开启高低温实验箱和振动控制仪对PoP芯片6进行高低温循环和振动共同加载，共同加载T分钟后停止高低温循环加载，停止T分钟后再进行T分钟的高低温循环加载，如此依次间歇性地进行高低温循环加载；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第四组实验数据；6）电脑根据四组实验数据分别计算得到应变；再将应变经雨流计数法计算出应变幅；然后根据公式分别计算出对应于的寿命；最后根据公式计算出PoP芯片的预测寿命；Ai是PoP组件的焊点开裂面积；AD=6.1×103mm2。...

【技术特征摘要】
1.一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法，其特征是包括以下步骤：1）搭建试验平台，试验平台包括一个高低温实验箱，高低温实验箱里面放置振动实验台以及由PCB板和PoP芯片组成的PoP组件，振动控制仪连接并控制振动试验台；在PoP组件顶层芯片两条边各贴一个顶层应变片，在PoP组件底层芯片下方的PCB背面两条边各贴一个底层应变片；两个顶层应变片与第一个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接；两个底层应变片与第二个电桥盒内的两个电阻R按照惠斯通电桥半桥连接，两个惠斯通电桥半桥分别接入应变放大器，应变放大器经动态信号分析仪连接电脑；2）先开启高低温实验箱对PoP芯片进行高低温循环加载，高低温循环加载后再开启振动控制仪进行振动加载，高低温循环加载和振动加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第一组实验数据；3）先开启振动控制仪对PoP芯片6进行振动加载，振动加载结束后再开启高低温实验箱进行高低温循环加载，振动加载和高低温度循环加载每隔T分钟交替进行；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为第二组实验数据；4）先开启高低温实验箱对PoP芯片持续进行高低温循环加载，高低温加载后第T分钟时再开启振动控制仪进行T分钟的振动加载，然后停止振动加载T分钟，再加载T分钟的振动载荷，如此依次间歇性地进行振动加载；动态信号测试仪每隔t分钟记录两个电桥盒分别经过应变放大器后输出的两组电压值，将其中电压值较大的一组作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，秦芳，王洋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32