Thermal Stress and Strain in Microelectronics Packaging

بسته‌بندی و اتصال میکروالکترونیک رشد هیجان‌انگیزی را تجربه کرده‌اند که با این شناخت تحریک شده است که سیستم‌ها، نه فقط سیلیکون، راه‌حلی برای برنامه‌های در حال تکامل ارائه می‌دهند. برای داشتن یک سیستم چگالی/عملکرد/بازده/کیفیت/قابلیت اطمینان، هزینه کم و وزن سبک بالا، درک دقیق تری از رفتار سیستم مورد نیاز است. پدیده‌های مکانیکی و حرارتی از جمله کم‌شناخته‌ترین و پیچیده‌ترین پدیده‌هایی هستند که در سیستم‌های بسته‌بندی میکروالکترونیک با آن مواجه می‌شوند و در مسیر حساس هر طراحی و فرآیندی در صنعت الکترونیک یافت می‌شوند. دهه گذشته شاهد رشد انفجاری در تلاش‌های تحقیق و توسعه اختصاص یافته به تعیین رفتارهای مکانیکی و حرارتی بسته‌بندی میکروالکترونیک بوده است. با پیشرفت فناوری های یکپارچه سازی در مقیاس بسیار بزرگ، هزاران تا ده ها هزار دستگاه را می توان بر روی یک تراشه سیلیکونی ساخت. در عین حال، تقاضا برای کاهش بیشتر تاخیر سیگنال بسته بندی و افزایش تراکم بسته بندی بین مدارهای ارتباطی منجر به استفاده از ماژول های تک تراشه ای با اتلاف توان بسیار بالا و ماژول های چند تراشه شده است. نتیجه این پیشرفت‌ها رشد سریع شار حرارتی سطح ماژول در رایانه‌های شخصی، ایستگاه کاری، میان‌رده، پردازنده مرکزی و سوپر رایانه‌ها بوده است. بنابراین، مدیریت حرارتی (دما، تنش و کرنش) برای طراحی‌ها و تحلیل‌های بسته‌بندی میکروالکترونیک حیاتی است. نحوه تعیین توزیع دما در اجزا و سیستم های الکترونیکی خارج از محدوده این کتاب است که بر تعیین توزیع تنش و کرنش در بسته بندی الکترونیک تمرکز دارد.

Microelectronics packaging and interconnection have experienced exciting growth stimulated by the recognition that systems, not just silicon, provide the solution to evolving applications. In order to have a high density/ performance/yield/quality/reliability, low cost, and light weight system, a more precise understanding of the system behavior is required. Mechanical and thermal phenomena are among the least understood and most complex of the many phenomena encountered in microelectronics packaging systems and are found on the critical path of neatly every design and process in the electronics industry. The last decade has witnessed an explosive growth in the research and development efforts devoted to determining the mechanical and thermal behaviors of microelectronics packaging. With the advance of very large scale integration technologies, thousands to tens of thousands of devices can be fabricated on a silicon chip. At the same time, demands to further reduce packaging signal delay and increase packaging density between communicat­ ing circuits have led to the use of very high power dissipation single-chip modules and multi-chip modules. The result of these developments has been a rapid growth in module level heat flux within the personal, workstation, midrange, mainframe, and super computers. Thus, thermal (temperature, stress, and strain) management is vital for microelectronics packaging designs and analyses. How to determine the temperature distribution in the elec­ tronics components and systems is outside the scope of this book, which focuses on the determination of stress and strain distributions in the electronics packaging.