[发明专利]一种用于PoP芯片加速寿命预测的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及芯片加速寿命试验方法，特指一种用于PoP(Package on Package，即叠层封装)芯片寿命预测试验方法。

背景技术

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-Manson Equation (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(Ball Grid Array,球栅阵列), PBGA (Plastic Ball Grid Array Package，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。

发明内容

本发明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。

本发明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；