基于导电硅胶的芯片与PCB互连方法及其效果分析

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyy_chj
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本文研究了导电硅胶作为芯片和PCB互连材料的方法,以及结合实验和实际应用问题来综合分析了这种互连方法的效果。本研究中选用了两种导电硅胶,分别是导电硅胶胶条和导电硅胶薄膜。导电硅胶胶条是由桂林恒昌电子科技公司提供,其在受到压缩后形变量超过5%时电阻率小于6Ω·cm,P值的范围在0.02mm至0.08mm之间,厚度是1mm。导电硅胶薄膜是由日本日立公司生产制造的ACF2685JLP150垂直导电胶,其在受到垂直压强为0.196~0.490MPa,即每平方厘米上受到两公斤至五公斤的压力时,电阻率低至4μΩ·cm,最小的P值为0.15mm,厚度是0.15mm。本研究中选用了三种芯片用于导电硅胶的互连方式,分别是电源管理芯片MP2307、时基芯片NE555DT和数字功放芯片YDA138E。导电硅胶的固定一般采用压紧固定的方法,因此首先使用ANSYS软件对导电硅胶所受到的压强和连接位置上的过盈量进行有限元分析,分析出压强和过盈量之间的对应关系。根据导电硅胶应该承受的压强范围来确定过盈量的范围,分析结果表明过盈量数值分别是0.35mm、0.55mm、0.75mm、0.95mm、1.15mm、1.35mm时,对应的最小压强分别是0.080MPa、0.092MPa、0.237MPa、0.263MPa、0.289MPa、0.316MPa,对应的最大压强分别是0.263MPa、0.460MPa、0.592MPa、0.657MPa、0.723MPa、0.789MPa。因为最小压强和最大压强应该在0.196~0.490MPa之间,所以选择的过盈量是0.75mm,其对应的最小压强是0.237MPa,其对应的最大压强是0.592MPa。虽然最大压强略微超过压强范围上限,但根据压强分布结果图得知最大压强所在的平面面积很小,影响也很小。因此本研究中允许最大压强略微超过压强上限,并按照0.75mm的过盈量来设计导电硅胶的连接形式和连接结构。芯片与PCB互连完成后,检测在相同的电路输入情况下两种互连方式的电路输出。两种互连方式指导电硅胶互连和锡膏互连,检测工具因被检测电路而异。对于安装有电源管理芯片MP2307的稳压电路,使用电表检测该电路的输出电压;对于安装有时基芯片NE555DT的波形发生电路,使用带宽为60MHz的示波器检测电路输出的波信号;对于安装有数字功放芯片YDA138E的音频功放电路,使用带宽为200MHz的示波器检测电路输出的音频信号。将两种互连方式下的电路输出结果进行分析比较,对于数值类型的输出结果,使用直观列表来定性地比较两种互连方式下电路输出的差异程度。并利用计算系数数组的均值(?)来定量地分析两者的差异程度,均值(?)越接近于一则差异程度越小;利用计算系数数组的方差σ2来定量分析差异程度的稳定性,方差σ2越接近于零则差异的稳定性越高。计算结果表明(?)=0.9832,方差σ2=6.267*10-7,说明两种互连方式下电路输出的差异程度很小,且差异的稳定性很高。对于波信号类型的输出结果,使用MATLAB软件进行定量分析来比较两种互连方式下电路输出的差异程度。利用软件计算出两种音频波信号的相关系数,相关系数越接近于一则两者差异程度越小。结果表明在进行时间延迟补偿前的相关系数是0.3331,在进行时间延迟补偿后的相关系数是0.8255。使用MATLAB软件将两种信号转化为频域信号并进行观察比较,发现两者的频域信号是基本一致。根据电路的输出情况得知了用导电硅胶作为互连材料的三种芯片是处于正常工作状态,但是根据定量分析发现虽然两者信号的差异程度很小,但是在用导电硅胶作为互连材料时,电路输出的信号波形存在短暂性的波动和微小的延迟。经过对电路进行持续性的通电工作和间断性的观察检测,这种波动和延迟不会影响芯片的正常工作,以及电路正常运作。最后,本文结合实验结果和实际应用中所需考虑的问题,综合讨论了导电硅胶用作芯片与PCB互连材料的效果,总结了未来导电硅胶用作互连材料时所面临挑战和前景。
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