微电子元器件的数值模拟仿真

本书主要以微电子元器件中的多层陶瓷电容器和互连结构为研究对象，分析了国内外该方向研究的现状和发展趋势，介绍了研发该类微电子 元器件在微型化过程中所面临的技术挑战。本书主要介绍了多层陶瓷电容器和互连结构在微型化过程中的尺度效应和失效分析方法，能够为微电子 元器件的研究开发人员和学习人员提供帮助和指导。
本书可作为力学、材料、微电子、电子封装等相关专业研究生的参考读物，也可供相关领域的科研人员和相关微电子元器件设计的技术人员在其研究和工作中参考。

前言
第一部分多层陶瓷电容器的数值模拟仿真
第1章绪论2
1.1引言2
1.2MLCC研究的意义3
1.3MLCC的基本结构和生产工艺4
1.4MLCC的发展6
1.5本部分主要内容9
第2章MLCC烧结过程的有限元模拟及理论模型10
2.1有限元模型10
2.2数值模拟结果和讨论11
2.3二维解析模型和讨论14
2.4MLCC三维理论模型15
2.4.1模型描述15
2.4.2各子块平均应力的求解17
2.4.3介电陶瓷层和电极层残余应力的求解18
2.5结果和讨论19
2.5.1不同方法的比较19
2.5.2单层介电层厚度和总层数的影响20
2.5.3覆盖层厚度的影响21
2.5.4LCP和WCP的影响22
2.6本章小结22
第3章MLCC中残余应力分析及其对介电性能的影响24
3.1引言24
3.2实验过程25
3.2.1样品及其基本性能25
3.2.2残余应力的有限元模拟25
3.2.3残余应力的XRD测量26
3.2.4介电性能的测量27
3.3唯象热力学理论分析27
3.4结果分析与讨论29
3.4.1残余应力及其与MLCC介质层层数之间的关系29
3.4.2残余应力对BaTiO3基陶瓷偏压特性的影响31
3.4.3残余应力及直流偏置电场对居里温度的影响37
3.4.4残余应力及直流偏置电场对频率弥散的影响38
3.5本章小结41
第4章MLCC在偏置电场作用下的热-力-电耦合有限元模拟42
4.1三维有限元模型42
4.1.1几何模型42
4.1.2计算步骤43
4.2结果讨论45
4.2.1介电层层数Ｎ的影响45
4.2.2介电层单层厚度td的影响46
4.3本章小结48
参考文献48
第二部分电子封装互连失效仿真
第5章电子封装技术概论54
5.1芯片-封装体互作用的可靠性问题60
5.2电子封装互连焊点的电致失效与可靠性问题63
5.3硅通孔互连结构可靠性研究71
第6章电载荷作用下焊点互连结构三维有限元模拟75
6.1焊点互连结构的三维有限元模型75
6.2焊点互连模型的参数敏感性分析76
6.3焊点尺寸效应对于焊点互连结构可靠性的影响82
6.4凸点下金属层(UBM)对于焊点互连结构可靠性的影响86
6.5本章小结89
第7章电力耦合焊点互连结构三维有限元模拟91
7.1引言91
7.2电-热-力耦合三维有限元模型的建立92
7.3焊点互连单元电学载荷与力学载荷耦合模拟93
7.4焊点尺寸效应对于焊点互连结构可靠性的影响98
7.5金属层(UBM)对于焊点互连结构可靠性的影响102
7.6本章小结103
第8章IMC及界面对焊点可靠性影响的二维有限元分析104
8.1引言104
8.2界面几何形貌对金属间化合物脆性破坏的影响107
8.3界面几何形貌对IMC/SnAgCu界面层损伤的影响110
8.4界面裂纹对焊点可靠性的影响115
8.5本章小结118
第9章硅通孔结构的湿-热应力有限元分析120
9.1引言120
9.2有限元模型120
9.3湿应力模型121
9.4热应力模型123
9.5结果与讨论123
9.6本章小结127
第10章基于低阶应变梯度塑性理论的互连结构热应力分析128
10.1低阶应变梯度塑性理论介绍128
10.2考虑热力耦合本构关系的低阶应变梯度塑性理论129
10.3TSV热应力理论值计算131
10.4CMSG塑性理论计算结果133
10.5本章小结144
第11章TSV结构的试验设计及优化145
11.1试验设计145
11.2多学科设计优化146
11.3数值优化技术介绍147
11.4试验设计及结构优化设计的基本步骤148
11.5试验设计过程149
11.6优化设计及结果分析152
11.7本章小结155
第12章后道布线层的热应力数值仿真156
12.1微结构热应力计算的基本原理156
12.2器件的全结构尺寸参数160
12.3微区等效层计算原理和有限元模型161
12.4回流工艺热应力的有限元计算166
12.5光学莫尔云纹测试对计算模型的验证170
12.6本章小结173
第13章互连结构失效行为的实验研究174
13.1Cu/Ta/低k材料/Si互连结构的可靠性174
13.2实验过程175
13.3互连结构微界面失效的行为分析177
13.4本章小结184
参考文献184