热循环加载下微系统封装结构有限元仿真方法研究

微系统封装结构中,由循环热应力引起的封装失效是影响其可靠性的重要因素之一.现阶段通常采用大量的可靠性试验来验证封装结构工艺的可靠性,但是有限元仿真技术的发展为此类问题的解决提供了更为简单快捷的途径.利用ANSYS Workbench软件,对某微系统封装结构进行了系统的有限元仿真,深入探究了封装结构中球栅阵列(BGA)焊点的网格类型、网格密度和加载循环数量对仿真结果的影响.研究结果为提高微系统封装结构的有限元仿真效率及优化设计提供了重要参考,也为进一步研究微系统封装结构在复杂工况下的可靠性提供了有益思路.     

再布线圆片级封装板级跌落可靠性研究

再布线圆片级封装通过对芯片焊区的重新构造以及无源元件的集成可以进一步提升封装密度、降低封装成本。再布线圆片级封装器件广泛应用于便携式设备中,在实际的装载、运输和使用过程中抗冲击可靠性受到高度重视。按照JEDEC标准对再布线圆片级封装样品进行了板级跌落试验,首先分析了器件在基板上不同组装点位的可靠性差异;然后依次探讨了不同节距和焊球尺寸、再布线结构对器件可靠性的影响;最后,对失效样品进行剖面制样,采用数字光学显微进行形貌表征。在此基础上,结合有限元分析对再布线结构和铜凸块结构的圆片级封装的可靠性和失效机理进行深入地阐释。     

ANSYS在多芯片组件仿真设计中的最新应用进展

多芯片组件MCM（Multi Chip Module）是近年来迅速发展的一种电子封装技术。随着芯片封装密度的增加,计算机辅助设计CAE技术对其可靠性进行仿真分析显得越来越重要。文章综合介绍了ANSYS软件在MCM器件仿真设计中的最新应用进展,然后详细介绍了ANSYS软件在MCM封装、焊点疲劳和跌落分析中的应用情况。     

多目标优化方法在叠层QFN封装结构优化中的应用

文章采用响应曲面法试验设计与有限元仿真相结合的方法对叠层QFN封装器件在热循环条件下进行仿真分析,通过优化结构参数来降低叠层QFN封装在热循环条件下的Von Mises应力和封装翘曲。使用多目标优化设计方法中的统一目标法来综合考虑Von Mises应力和封装翘曲。应用遗传算法对评价函数在约束条件下进行搜索最优解,得出叠层QFN封装结构优化的方案,以提高封装的可靠性。     

基于ANSYS/LS-DYNA板级焊点跌落分析

研究了不同跌落条件对板级焊点跌落时的应力变化影响。运用有限元软件ANSYS的LS-DYNA模块对电路板组件进行建模与跌落分析,比较不同跌落高度和不同刚性跌落面下板级焊点的应力变化。结果发现:通过LS-DYNA模块对电路板组件进行跌落仿真,能更加真实地反映出电路板组件的跌落情况。跌落后焊点的应力集中区域出现在焊点与靠近封装一侧的接触面边缘处,且跌落高度越高,焊点的最大应力值越大;接触面材料刚性越大,焊点应力分布越大,焊点越容易失效。     

底部填充物对CSP-LED芯片抗跌落性能研究

为了提高芯片级封装发光二极管(CSP-LED)焊点疲劳寿命,利用有限元仿真软件ABAQUS模拟计算了CSP-LED芯片在跌落冲击载荷下焊点的塑性应变,并研究了裂纹拓展趋势。以焊点失效前跌落次数为指标,利用Coffin-Manson经验公式计算焊点寿命,研究了底部填充物对CSP-LED芯片在不同冲击载荷下焊点寿命的影响。结果表明,随着冲击载荷增大,焊点疲劳寿命减少,使用填充物能使芯片焊点寿命提高4~6倍,其影响通过跌落实验和仿真结果的对比得到了验证。     

大规模红外探测器冷箱结构的优化设计

针对大规模红外探测器的封装需求,介绍了冷箱封装结构的设计方法和特点。根据不同类型的大规模红外探测器组件的用途和需求,对其封装结构、重量、热负载以及可靠性等进行了分析,并针对某型大规模红外探测器组件的封装结构开展了优化设计。以轻量化、低功耗为设计思路,采用有限元仿真工具对封装结构进行了优化设计,使其能够满足设计要求。     

热致封装效应对MEMS器件谐振特性 影响的单元库模型

 大量试验和数值仿真结果均已确认封装-器件的热失配对MEMS器件性能及可靠性有显著影响,即热致封装效应.然而迄今为止仍缺乏有效的物理模型对此加以系统描述.本文基于单元库法思想和节点法分析手段构建了MEMS热致封装效应的理论模型.通过对非器件结构如锚区、衬底等标准化单元建模,扩充了节点分析法在封装级MEMS仿真领域的应用.文中以常见MEMS基本器件和封装结构为例进行了研究,计算了热致封装效应对器件谐振特性的影响,并利用有限元仿真进行验证.最后讨论了封装级MEMS设计面临的挑战.     

板级跌落碰撞下无铅焊点的可靠性研究

文中引入一块不同于JEDEC标准测试板的圆形测试板,探究板级跌落碰撞下无铅焊点的可靠性.首先做模态试验了解测试板的动力学特性,接着做跌落测试,同时测量板的应变和加速度历程.并用ABAQUS软件进行模拟,模拟焊点在跌落碰撞条件下焊点的应力应变等.结果表明有限元模拟得到的应变、板中心的加速度响应和试验吻合,而且用模拟预测的失效焊点的位置与试验一致.失效模式是靠近封装一侧的金属间化合物(IMC)界面的脆性断裂.     

“有限元仿真在微电子封装设计及可靠性分析上的应用”学术讲座

课程背景 面向可靠性设计（DFR）已经成为工业生产的一般趋势，以有限元方法作仿真模拟是面向可靠性设计的主要工具。在过去，有限元应力分析在大型传统结构上有很好的应用。近十年来，有限元仿真已被推广到微电子封装（含板级与微系统组装）设计与可靠性分析的领域。有限元仿真不仅可以在多种尺度作机械应力及形变分析，还可以作热传分析，甚至是热传与机械耦合分析。由於微电子元器件与微系统通常有许多介面，而且其特征尺度处于毫米至微米量级，很多物理参数都难以直接量测，所以有限元分析被视为一项非常便利有效的替代性工具。     

应力—应变场数值模拟在微组装焊点中的应用

就应力－应变场有限元数值模拟在微电子组装焊点可靠性研究中的应用进行了综述。并展望了力学响应场数值模拟在电子组装可靠性设计中应用的发展趋势。     

叠层CSP芯片封装热应力分析与优化

对四层叠层CSP（SCSP）芯片封装器件,采用正交试验设计与有限元分析相结合的方法研究了芯片和粘结剂——8个封装组件的厚度变化在热循环测试中对芯片上最大热应力的影响．利用极差分析找出主要影响因子并对封装结构进行优化。根据有限元模拟所得结果．确定了一组优选封装结构,其Von Mises应力值明显比其它组低,提高封装器件的可靠性。     

有限元数值模拟在BGA/QFP/CCGA器件焊点可靠性研究中的应用

有限元数值模拟方法因其可以有效研究IC封装中无铅焊点的可靠性,被国内外专家学者所青睐,使得无铅焊点可靠性数值模拟成为IC封装领域的重要研究课题。综述了有限元法在球珊阵列封装(BGA)、方型扁平式封装(QFP)、陶瓷柱栅阵列封装(CCGA)3种电子器件无铅焊点可靠性方面的研究成果。浅析该领域国内外的研究现状,探究有限元方法在无铅焊点可靠性研究方面的不足及解决办法,展望无铅焊点可靠性有限元模拟的未来发展趋势,为IC封装领域无铅焊点可靠性的研究提供理论支撑。     

一种创新性激光图像三维目标识别算法

针对径向基神经网络在激光图像分类识别中识别率低及训练时间长的问题,提出粗糙集与神经网络相结合的方法,将粗糙集算法简约后的样本特征作为神经网络的前置输入。首先建立不同视点的激光主动成像三维仿真图像,然后提取17个目标特征,并采用粗糙集算法选择分类的属性,从17个特征中筛选出5个影响决策的特征属性,最后选用4层径向基神经网络作为基本的网络结构,并采用在各层节点上与粗糙集相结合方法识别目标。仿真结果表明,结合粗糙集的集成神经网络方法识别正确率保持在80%以上,与未结合粗糙集的神经网络相当,但训练与识别时间缩短10倍以上。     

Modeling and simulation for a drop-impact analysis of multi-layered printed circuit boards

Multi-layered printed circuit boards (PCBs) contain a multi-layered structure that is suitable for high-speed and high-frequency applications. Hence, they are used extensively in electronic packaging assemblies for high-density applications. However, numerous composite parts and complex material properties of multi-layer PCBs complicate the reliability simulation of PCB model. This paper deals with a finite element analysis intended to describe numerically the behavior of multi-layered multi-materials PCB model (combination of metallic and composite plies) in the drop-impact performance. Through the comparison of physical drop test results, the fully multi-layered model illustrates higher accuracy if compared with that of the traditional simplified isotropic model and orthotropic model. The effects of material properties for the multi-layer PCB under drop-impact shock have also been investigated.     

Degradation of silicone in white LEDs during device operation: a finite element approach to product reliability prediction

Silicone, which is a very common material for Light Emitting Diode (LED) packaging components like lens, casting and housing, undergoes degradation during high temperature and current operation. Indeed, electrical and optical losses cause material shrinkage and hardening, inducing mechanical stress within the LED assembly, which can end up into crack formation in silicone. In order to evaluate the reliability of LED package regarding the silicone crack, a degradation material model is developed, which is based on the experimental investigation of the mechanical properties of silicone during degradation. A thermo-optical model is used for the calculation of the temperature distribution in the device during steady-state operation. The crack reliability model, which is build combining the stress simulation results based on finite element approach and the visual inspection of the corresponding LED package during steady-state operation, is used to estimate the package lifetime depending on the operation conditions.     

ADS-B系统运行可靠性评价方法

为实现ADS-B系统运行可靠性的综合评价,提出了一种基于T-S模糊神经网络的方法。以平均首次故障时间、平均故障间隔时间、平均维修时间、平均可用度和维修时间率5项可靠性评价指标作为输入向量。利用T-S模糊系统构建可靠性综合评价的非线性映射关系,经神经网络的自适应训练,调整模糊规则和隶属度函数,建立ADS-B系统运行可靠性的综合评价模型。实验仿真与应用情况表明,该方法可行、有效,并具有较高的计算稳定性、精确性和良好的泛化能力,且评价结果客观、准确可靠,可作为提高ADS-B系统运行可靠性的决策依据。     

CBGA组件热变形的2D-Plane42模型有限元分析

本文介绍有限元中的2D-Plane42模型在CBGA组件热变形中的应用，利用有限元的模拟CBGA组件的应变、应力的分布，通过模拟表明有限元法是研究微电子封装中BGA焊点、CBGA组件的可靠性的方法。     

基于人工神经网络的IC互连可靠性研究

鉴于有限元分析耗时耗资源的缺点,为了加速集成电路的互连可靠性分析,提出将传统的有限元建模和人工神经网络(ANN)建模技术结合来实现IC的建模和仿真分析.采用有限元ANSYS参数化设计语言(APDL)实现IC三维模型的自动构建和原子通量散度(AFD)计算,之后通过对计算所得的可靠性数据进行训练和测试,采用神经网络技术对模型的输入输出关系进行建模,使模型达到足够高的精度.神经网络模型构建好之后,可以在短时间产生一个可靠性数据库.通过对数据的统计分析可以得到电路在不同条件下的互连可靠性,进而分析各因素对电路互连可靠性的影响,为集成电路的互连可靠性分析和设计提供重要指导.