塑封器件是一种将芯片封装起来以保护其免受物理、化学或电子干扰的电子元件。芯片与塑封料（EMC）界面的分层问题是塑封器件可靠性研究中的一个关键议题。分层现象，即封装中的不同材料层之间出现脱离，会显著影响器件的整体性能和寿命。在极端温度条件下，如高温或低温，器件的材料因热膨胀系数不匹配会产生较大的界面应力，从而加剧分层现象。
为了研究这个问题，研究人员利用ANSYS这样的有限元分析软件建立三维模型，对器件的芯片/塑封料界面分层区域进行模拟和分析。在研究中采用了J积分这一断裂参数，它是用于评估材料断裂韧性的参数之一，能够定量描述裂纹尖端的应力和应变条件。通过J积分，研究者可以对裂纹的扩展进行量化分析，从而预测塑封器件的分层情况。
在对LQFP塑封器件的分析中，研究者识别出三种典型的分层区域模型，主要关注的是凸形分层区域。在此基础上，提出了新的分层扩展模型，用以探讨温度和裂纹半径等因素如何影响器件的分层现象。仿真数据表明，在极端低温或高温环境下，分层区域更容易扩展；而且，在特定的应力条件下，裂纹的扩展趋势会受到裂纹半径大小的影响。
为了更好地理解芯片与塑封料界面分层问题，断裂力学方法被引入。断裂力学主要关注的是裂纹的形成、扩展过程以及断裂行为。在断裂力学中，除了J积分，还包括应力强度因子（Stress Intensity Factor，SIF）和应变能量释放率（Strain Energy Release Rate，SERR）这两个基本参数。SIF描述了裂纹尖端的应力场大小，而SERR涉及到产生新裂纹面所需要的能量。在分析界面分层时，应变能量释放率常被用作判断裂纹是否会发生扩展的准则。
由于封装体的角落处存在应力奇异性，理论上最大应力是无限大的，这使得确定封装体的最大应力变得不可能。为了解决这一难题，研究者通常采用断裂力学的方法预测塑封器件的分层。当器件在生产、装配和使用过程中经历加热和冷却时，不同材料层之间的不匹配会导致高界面应力，进而可能破坏粘接界面的完整性，影响系统的性能。
本研究还指出，界面分层、芯片破裂以及焊接接头疲劳等可靠性问题，可能由生产过程中产生的各种不均匀性、残余应力引起。为此，研究者在分析时采用了断裂力学的参数，并根据J积分和应变能量释放率这些参数提出了新的分层扩展模型。这些新模型的建立，为预测和防止塑封器件的分层现象提供了理论依据和技术手段。通过这些研究，硬件开发者可以更好地理解封装材料界面之间相互作用的复杂性，从而设计出更为可靠和稳定的封装解决方案。
