(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210997685.6 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 中国空间技 术研究院 地址 100194 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 王宗仁　孙恒超　李朝阳　李静涛　 张博翰　胡楠楠　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 杨春颖 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于故障物理的系统级封装器件键合 可靠性评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种一种基于故障物理的系 统级封装器件键合可靠性评估方法， 包括： 根据 待分析SiP模块经历的工作环境和应力剖面， 识 别待分析SiP模块的潜在故障模式和薄弱环节； 针对待分析SiP 模块， 开展热力耦 合仿真分析， 得 到热力耦合仿真分析结果； 根据热力耦合仿真分 析结果， 对待分析SiP模块的薄弱环节开展加速 寿命试验， 得到待分析SiP模块的薄弱环节的性 能退化曲线及分布特征； 根据待分析SiP模块的 薄弱环节的性能退化曲线及分布特征， 利用蒙特 卡罗仿真法进行分析处理， 得到待分析SiP模块 的键合寿命及可靠性分布参数。 本发 明旨在解决 宇航系统级封装(SiP)器件键合可靠性定量验证 问题。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115408906 A 2022.11.29 CN 115408906 A 1.一种基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 包括： 根据待分析SiP模块经历的工作环境和应力剖面， 识别待分析SiP模块的潜在故障模式 和薄弱环 节； 针对待分析SiP模块， 开展热力耦合仿真 分析， 得到热力耦合仿真 分析结果； 根据热力耦合仿真分析结果， 对待分析SiP模块的薄弱环节开展加速寿命试验， 得到待 分析SiP模块的薄弱环 节的性能退化曲线及分布特 征； 根据待分析SiP模块的薄弱环节 的性能退化曲线及分布特征， 利用蒙特卡罗仿真法进 行分析处 理， 得到待分析SiP模块的键合寿命及可靠性分布参数。 2.根据权利要求1所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 根据待分析SiP模块经历的工作环境和 应力剖面， 识别待分析SiP模块的潜在故 障 模式和薄弱环 节， 包括： 根据待分析SiP模块的任务剖面， 考虑待分析SiP模块经历的环境应力条件， 分析构建 待分析SiP模块应用过程中的应力剖面； 应用可靠性分析法识别待分析SiP模块的潜在故障模式， 并结合器件结构、 工艺特点、 待分析SiP模块应用过程中的应力剖面以及相似产品的失效信息， 确定待分析SiP模块的薄 弱环节。 3.根据权利要求1所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 热力耦合仿 真分析结果， 包括： 引线子模 型温度分布情况和引线子模型应力分布情 况。 4.根据权利要求3所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 针对待分析SiP模块， 开展热力耦合仿真 分析， 得到热力耦合仿真 分析结果， 包括： 建立SiP全 模型； 其中， SiP全 模型为： 待分析SiP模块对应的三维 实体模型； 对SiP全模型进行仿真分析， 得到SiP全模型仿真分析结果； 其中， SiP全模型仿真分析 结果， 包括： SiP全 模型各层材料的温度分布情况和SiP全 模型的应力分布情况； 基于SiP全模型各层材料的温度分布情况， 确定SiP全模型中焊盘与基板及芯片接触面 上节点的温度结果， 并将SiP全模型中焊盘与基板及芯片接触面上节点的温度结果作为引 线子模型的端部温度， 然后对引线子模型进行求 解， 得到引线子模型温度分布情况； 基于SiP全模型的应力分布情况， 确定SiP全模型中引线与基板及芯片接触面上节点的 应力结果， 并将SiP全模型中引线与基板及芯片接触面上节点的应力结果作为引线子模型 的载荷， 对引线子模型进行求 解， 得到引线子模型应力分布情况。 5.根据权利要求4所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 对SiP全 模型进行仿真 分析， 得到SiP全 模型仿真 分析结果， 包括： 应用有限元仿真软件， 对SiP全模型进行分析， 得到SiP全模型各层材料的温度分布情 况； 将SiP全模型的热分析单元转换为应力分析单元， 并将SiP全模型各层材料的温度分布 情况作为载荷施加到SiP全模型上进行热力耦合仿真分析， 边界荷载以及 网格密度保持不 变， 分析得到SiP全 模型的应力分布情况。 6.根据权利要求4所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 在开展热力耦合仿真分析时， 先进行稳态热分析， 后进行热应力分析， 根据不同分权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408906 A 2析项目选择不同的实体单 元类型， 只考虑热传导和热辐射两种热传递方式。 7.根据权利要求4所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， SiP全 模型， 包括： 密封 盖板、 管壳、 绝 缘胶和芯片。 8.根据权利要求1所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 根据热力耦合仿真分析结果， 对待分析SiP模块的薄弱环节开展加速寿命试验， 得 到待分析SiP模块的薄弱环 节的性能退化曲线及分布特 征， 包括： 根据识别得到的待分析SiP模块的薄弱环节和热力耦合仿真分析结果， 确定需开展加 速寿命试验的项目； 确定加速寿命试验需依据的故障物理模型； 根据确定的需开展加速寿命试验的项目， 确定试验失效判据， 并制定试验方案； 基于确定的需开展加速寿命试验的项目、 试验失效判据、 试验方案， 开展加速寿命试 验， 获取可靠性试验数据， 并对可靠性试验数据进行分析处理， 得到待分析SiP模块的薄弱 环节的性能退化曲线及分布特 征。 9.根据权利要求1所述的基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估方法， 其特 征在于， 根据待分析SiP模块的薄弱环节的性能退化曲线及分布特征， 利用蒙特卡罗仿 真法 进行分析处 理， 得到待分析SiP模块的键合寿命及可靠性分布参数， 包括： 子步骤1， 根据待分析SiP模块的薄弱环节的性能退化曲线， 确定失效机理的退化演化 规律； 根据失效机理的退化演化 规律确定退化型失效机理的数量， 记作K； 子步骤2， 对待分析SiP模块的薄弱环 节的分布特 征进行K次抽样， 得到K个随机数； 子步骤3， 将抽样得到的K个随机数按从小到大顺序排列， 取其中的最小值记为t1min； 子步骤4， 重复子步骤2～3， 进行N轮抽样， 得到N轮抽样后的抽样数据， 作为到SiP的失 效时间分布； 子步骤5， 根据SiP的失效时间分布及产品设计寿命要求， 评估待分析SiP模块的键合可 靠度， 得到待分析SiP模块的键合寿命及可靠性分布参数。 10.一种基于故障物理的系统级封装器件键合可靠性评估系统， 其特 征在于， 包括： 识别模块， 用于根据待分析SiP模块经历的工作环境和应力剖面， 识别待分析SiP模块 的潜在故障模式和薄弱环 节； 仿真模块， 用于针对待分析SiP模块， 开展热力耦合仿真分析， 得到热力耦合仿真分析 结果； 试验模块， 用于根据热力耦合仿真分析结果， 对待分析SiP模块的薄弱环节开展加速寿 命试验， 得到待分析SiP模块的薄弱环 节的性能退化曲线及分布特 征； 解算模块， 用于根据待分析SiP模块的薄弱环节的性能退化曲线及 分布特征， 利用蒙特 卡罗仿真法进行分析处 理， 得到待分析SiP模块的键合寿命及可靠性分布参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408906 A 3