半导体集成与封装中基于微观组织的多物理场耦合模拟

半导体技术与封装正向系统集成方向加速发展. 在未来的系统集成中, 将会同时设计和制造封装与晶片的制备. 但是, 材料的因素, 尤其是微观组织, 至今还不在电子封装的集成产品设计平台考虑之列, 究其原因是电子封装使用的材料众多而且发生的材料现象复杂. 在材料基因组计划(MGI)的背景下, 本文综述一系列的研究工作, 旨在建立材料微观组织与其在多物理场作用下的响应关系. 采用热力学计算、突变界面模型、相场法和晶体相场法的手段来预测微观组织. 在预测的微观组织基础上, 对超细电子互连进行线弹性力学分析和电迁移仿真. 提出采用基于奇异值分解的方法来提取微观组织特征, 发现微观组织特征指标随电子互连尺寸的增大而单调递减. 基于人工神经网络的拟合揭示了微观组织指标与超细互连中平均von Mises等效应力之间的非线性关系. 本文最后展望了考虑微观组织的随机性以及由此而导致的电子互连可靠性上的离散性的研究工作.