Для обеспечения работоспособности, долговечности и надежности микроэлектронных модулей в трехмерном исполнении необходим инженерный расчет конструкций, включающий моделирование клеевых соединений, обоснованный выбор материалов и конструктивных решений. Изложены основные тактико-технические требования к трехмерным микроэлектронным модулям и преимущества применения клеевых материалов в конструкциях модулей. Установлено, что прочность конструкций трехмерных микроэлектронных модулей и эксплуатационные характеристики клеевых соединений зависят от многих факторов. Наиболее значимые из них: свойства клеевого материала, конструкция соединений, условия эксплуатации. Рассмотрены виды нагрузок, которые испытывают модули в процессе эксплуатации, и их влияние на прочность конструкций. Показано, что неравномерные нагрузки, такие как отдир и изгиб, являются наиболее опасными видами нагружения для клеевых соединений модулей. Установлено, что при отдире возникает высокая концентрация краевых напряжений, приводящая к разрушению соединений, а при изгибе отмечается концентрация нормальных и касательных напряжений по длине клеевых швов. Выполнен анализ клеевых материалов, применяемых для сборки модулей. Осуществлен выбор клеевых материалов с учетом основных конструктивно-технологических ограничений и требований к клеевым соединениям. Проведено моделирование конструкций модулей и определено влияние физико-механических и теплофизических свойств клеевых материалов на напряжения в клеевых соединениях и прочность изделий при воздействии инерционных нагрузок с ускорением 1000 g и нагреве на 40 °С. Даны рекомендации по моделированию клеевых соединений трехмерных микроэлектронных модулей. Полученные результаты показали, что напряжения зависят от упругих свойств клеевых соединений, характера и величины воздействия на них и определяются механической прочностью и жесткостью клеевого материала. Для снижения напряжений необходимо использовать более жесткие конструкционные материалы, а клеевые материалы выбирать исходя из условий эксплуатации микроэлектронных модулей.
1. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1986. – 176 с.
2. Грушевский А.М. Сборка и монтаж многокристальных микромодулей: учеб. посо-бие / Под ред. Л.А.Коледова. – М.: МИЭТ, 2003. – 196 с.
3. Погалов А.И., Блинов Г.А., Чугунов Е.Ю. Напряженно-деформированное состояние и тепловой режим многослойных клеевых соединений многокристальных микромодулей // Конструкции из композиционных материалов. – 2013. – № 2. – С. 18–22.
4. Development of high throughput adhesive bonding scheme by wafer-level underfill for 3D die-to-interposer stacking with 30µm-pitch micro interconnections / Y. Huang, C. Fan, Y. Lin et al. // IEEE 65th Electronic Components and Technology Conference. – 2015.– P. 490¬¬–495.
5. Вильнав Ж.-Ж. Клеевые соединения. – М.: Техносфера, 2007. – 384 с.
6. Кузнецов О.А., Погалов А.И., Сергеев В.С. Прочность элементов микроэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1990. – 144 с.
7. Погалов А. И., Блинов Г.А., Чугунов Е.Ю. Конструктивная прочность и тепловой режим многокристальных модулей // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 22. – № 1. – С. 50–56.
8. Codecasa L., d’Alessandro V., Magnani A., Rinaldi N. Fast nonlinear dynamic compact thermal modeling with multiple heat sources in ultra-thin chip stacking technology // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 7.– Iss.1.– P. 58–69.
9. Gupta S., Shukla D., Bharti A. Effect of alumina nanoparticles on shear strength of epoxy adhesive: experimental and finite element analysis // International Conference on Advanc-es in Mechanical, Industrial, Automation and Management Systems. – 2017.– P. 307–313.
10. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 592 с.
11. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т.3. / Под ред. И.И. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2006. – 928 с.