BLP器件焊点三维形态建模与预测

基于最小能量原理和焊点形态理论，建立了BLP（Bottom Leaded Plastic，底部引线塑料封装）器件焊点三维形态预测模型，运用该模型分析了不同的钎料体积和不同的焊盘宽度两种工艺参数下的BLP焊点三维形态；研究结果表明钎料体积、焊盘宽度对BLP焊点三维形态有显著的影响。     

焊接与连接工艺

0617141Domex700MC钢性能及其焊接接头显微组织分析〔刊,中〕/章友谊//西华大学学报(自然科学版).—2006,25(2).—80-83(G)0617142基于最小能量原理的LCCC焊点三维形态建模与预测〔刊,中〕/阎德劲//桂林工学院学报.—2006,26(1).—107-110(D)基于最小能量原理和焊点形态理论,建立了LC-CC器件焊点三维形态预测模型。运用该模型对焊点钎料桥连过程进行了数值模拟。结果表明,钎料体积、间隙高度、焊盘尺寸对LCCC焊点三维形态有显著的影响。在间隙高度为0.03mm、宽度为0.70mm、焊盘长度为1.90mm的条件下,避免焊点产生桥连的临界钎料体积…     

基于回归分析和遗传算法的BGA焊点功率载荷热应力分析与优化

建立了球栅阵列BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,选取焊点高度、焊点最大径向尺寸、上焊盘直径和下焊盘直径作为设计变量,以焊点应力作为目标值,采用响应曲面法设计了29组不同水平组合的焊点模型并建模进行仿真计算,建立了焊点应力与结构参数的回归方程,基于回归方程结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化,获得了焊点应力最小的结构参数最优水平组合.结果表明：对于无铅焊料SAC387,焊点应力随焊点的高度增加而减小,随最大径向尺寸的减小而减小;应力最小的焊点水平组合为：焊点高度0.38mm、最大径向尺寸0.42mm、上焊盘直径0.34mm和下焊盘直径0.35mm;对最优水平组合仿真验证表明优化后焊点最大应力下降了4.66MPa,实现了BGA焊点的结构优化.     

基于扭转载荷的微尺度CSP焊点应力应变分析与优化

建立了微尺度芯片尺寸封装焊点有限元分析模型并对其进行扭转应力应变仿真分析与实验验证.分析了焊点材料、焊点直径、焊盘直径和焊点高度对焊点扭转应力应变的影响;以焊点材料、焊点直径、焊盘直径和焊点高度为设计变量,采用响应面法设计了29组不同水平组合的焊点模型并获取了相应焊点扭转应力,建立了焊点扭转应力与焊点结构参数的回归方程,结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化.结果表明：焊点材料为SAC305时扭转应力应变最大,焊点最大扭转应力应变随焊点直径和焊盘直径增加而减小、随焊点高度增大而增大;最优焊点结构参数水平组合为：焊点材料SAC305、焊点直径0.22mm、焊盘直径0.14mm和焊点高度0.14mm;仿真验证表明最优焊点最大扭转应力下降了3.7MPa.     

SMT焊点元件与基板间隙的预测及其对焊点三维形态的影响

基于能量最小原理，采用三维有限元方法，考究了片式元件与基板的间隙对ＳＭＴ焊点三维开矿的影响，利用焊点系统的能量数据，分析元件与基板的间隙。研究表明，元件与基板的间隙对焊点三维形态有重要影响，元件与基板的间隙随焊点钎料量的增加和焊盘伸出长度匠减小而增加，提出了间隙与钎料量，焊盘伸出长度关系的回归模型。     

LGA焊点形态对焊点寿命影响的有限元分析

通过Surface Evolver软件对LGA焊点进行了三维形态预测,利用有限元数值模拟对LGA焊点在热循环条件下寿命进行了分析。研究了热循环条件下LGA焊点的应力应变分布规律,随着焊点远离元件的中心位置焊点所受到的等效应力、等效应变和塑性应变能密度逐渐增大,从而得出处于外面拐角的焊点最先发生失效的结论。基于塑性应变范围和Coffin-Manson公式计算了焊点热疲劳寿命;找出了LGA焊点形态对焊点寿命的影响规律,模板厚度一定时PCB焊盘尺寸小于上焊盘时LGA焊点的热疲劳寿命与PCB焊盘尺寸成正比,大于上焊盘时成反比,大约相等时焊点寿命最大。当PCB焊盘和模板开孔尺寸固定时,通过增大模板厚度来增加焊料体积在一定程度上可提高LGA焊点的热疲劳寿命,但是模板厚度增大到一定值时LGA焊点寿命会逐渐降低。     

倒装焊中复合SnPb焊点形态模拟

本文给出了倒装焊(flip-chip)焊点形态的能量控制方程,采用Surface Evolver软件模拟了倒装焊复合SnPb焊点(高Pb焊料凸点,共晶SnPb焊料焊点)的三维形态.利用焊点形态模拟的数据,分析了芯片和基板之间SnPb焊点的高度与焊点设计和焊接工艺参数的关系.研究表明:共晶SnPb焊料量存在临界值,当共晶SnPb焊料量小于临界值时,焊点的高度等于芯片上高Pb焊料凸点的半径值;当共晶SnPb焊料量大于临界值时,焊点的高度随共晶SnPb焊料量的增加而增加.另外,采用无量纲的形式给出了焊点高度与共晶焊料量、焊盘尺寸、芯片凸点的尺寸,芯片重量之间的关系模型,研究结果对倒装焊焊点形态的控制、工艺参数的优化和提高焊点可靠性具有指导意义.     

光纤固定软钎焊焊点的三维形态模拟

本文在建立光纤固定软钎焊焊点模型及能量边界条件的基础上,利用有限元方法对焊点三维形态进行数值模拟并分析材料及结构等参数对焊点形态的影响规律.基于能量最小原理并利用形态模拟数据,得出钎料量及焊盘尺寸对光纤与焊盘间隙高度的影响规律,以及光纤横向偏移量对回复力的影响规律.研究结果表明:针对一定的焊盘相对尺寸,当钎料量大于临界值,最小间隙高度随着钎料量的增加而成线性增加;光纤横向偏移量小于一定值时,回复力随着偏移量的增加成线性增加.研究结果对于通过调整结构及工艺参数来控制光纤对准偏移具有指导意义.     

基于再流焊冷却过程应力分析的板极组件BGA焊点参数优化

建立了板级组件BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,对BGA焊点进行了再流焊冷却过程应力仿真分析,设计并完成了验证性实验以验证仿真分析方法的有效性,分析了焊点结构参数和材料变化对焊点再流焊冷却过程应力应变的影响,采用响应面法建立了焊点应力与结构参数的回归方程,结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化.结果表明：实验结果证明了仿真分析的有效性;焊点应力随着焊点高度的增加而增大,随着焊点直径的增加而减小;最优焊点结构参数水平组合为：焊点高度0.44mm、焊点直径0.65mm、焊盘直径0.52mm和焊点间距1.10mm;对该最优焊点仿真验证表明最大应力下降了0.1101MPa.     

BGA焊点的失效分析及热应力模拟

焊点可靠性问题是发展球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）技术需解决的关键问题。本论文采用立体显微镜检查、x-ray检查、金相切片分析、SEM、EDX等方法详细分析了失效BGA焊点的微结构、裂纹情况、金属间化合物、及空洞对可靠性的影响，得出引起焊点失效的主要原因。在此基础上，采用ANSYS有限元软件，模拟分析了热载荷作用下CBGA焊点的三维应力应变行为。研究了影响焊点（鼓形、柱形）热应力应变分布的几个因素（半径、高度、间距），为在实际焊接过程中，对从焊点形态的角度控制焊点质量提供了理论依据。同时还研究了两种典型无铅焊球（Sn95．5／Ag3．8／Cu0．7，Sn96．5／Ag3．5）与含铅焊料（Sn／37Pb）的热应力应变分布，并对结果作了分析比较。得出Sn95．5/Ag3．8／Cu0．7焊点的von mises等效应力应变最大值小于Sn96．5／Ag3．5焊点与Sn／37Pb焊点，为电子焊料无铅化材料体系的选择提供了理论依据。     

基于随机振动过程应力分析的BGA焊点结构优化

建立了板级BGA(Ball Grid Array)焊点有限元分析模型，选取芯片高度、焊点直径、焊点高度、焊点间距作为设计变量，以焊点应力作为响应目标，分别采用田口正交及曲面响应法设计了25组不同水平组合的焊点模型并进行仿真计算，通过数理统计分析及回归分析对焊点结构参数进行了优化，获得了焊点应力最小结构参数最优水平组合.结果表明：在相同条件下，曲面响应优化的结果优于田口正交的结果；应力最小的焊点水平组合为焊点直径0.32 mm，焊点高度0.20 mm，焊点间距0.36 mm；最优水平组合等效应力值为0.3915 MPa，降低了0.65 MPa，实现了BGA焊点结构参数的优化.     

片式元件与基板间隙对SnAgCu系无铅焊点的应力分析

文章采用非线性有限元方法,重点讨论了片式元件与基板的间隙对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点的应力应变分析。研究表明,在实际中适当增大间隙高度有利于改善焊点的应力分布情况。当间隙高度为0.1mm~0.2mm时,元件底部拐角处、焊根的顶部和底部以及焊趾顶部的应力值普遍较低,应力分布得到了较好的改善,这一结果对于焊点的优化及设计具有指导意义。     

BGA焊点的形态预测及可靠性优化设计

制定了BGA(球栅阵列)焊点的形态预测以及可靠性分析优化设计方案，对完全分布和四边分布的两种BGA元件，通过改变下焊盘的尺寸得到不同钎料量的焊点，并对其形态进行了预测，建立了可靠性分析的三维力学模型。采用有限元方法分析了元件和焊点在热循环条件下的应力应变分布特征，预测了不同种类和不同形态的BGA焊点的热疲劳寿命，由此给出了最佳的上下焊盘比例范围。     

倒装焊器件尺寸参数对低k层及焊点的影响

当前。集成电路制造中低k介质与铜互连集成工艺的引入已经成为一种趋势,因此分析封装器件中低矗结构的可靠性是很有必要的。利用有限元软件分析了倒装焊器件的尺寸参数对低k层及焊点的影响。结果表明：减薄芯片,减小PI层厚度,增加焊点高度,增加焊盘高度,减小基板厚度能够缓解低k层上的最大等效应力;而减薄芯片,增加PI层厚度,增加焊点高度,减小焊盘高度,减小基板厚度能够降低焊点的等效塑性应变。     

晶圆级芯片尺寸封装柔性焊点热循环可靠性

建立了晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)柔性无铅焊点三维有限元分析模型,基于该模型对柔性无铅焊点热循环等效应力应变进行了分析,并预测了焊点可靠性寿命。选取第一柔性层厚度、第二柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径作为关键因素,采用L16(45)正交设计了16种不同水平组合的柔性无铅焊点,获取了这些焊点的热循环等效应力数据,对等效应力数据进行了极差分析和方差分析。结果表明:在热循环加载条件下,采用柔性层结构方式能有效降低焊点内的等效应力应变;在置信度为90%的情况下,下焊盘直径和第一柔性层厚度对柔性焊点等效应力有显著影响。各因素对焊点等效应力的影响排序为下焊盘直径影响最大,其次是第一柔性层厚度,再次是第二柔性层厚度,最后是上焊盘直径。     

SMT焊点形态对热应力分布影响的有限元分析

采用线性有限元方法研究了ＳＭＴ焊点形态与热应力之间的关系，得到了不同外观形状和元件－焊盘间隙的ＳＭＴ焊点在受交变热作用时焊点内部的热应力分布情况。结果表明，焊点内的应力集中受到这两个形态参数的影响并且存在着最佳的区间，这一结果对于ＳＭＴ－ＰＣＢ上的焊盘设计和优化以及进一步的钎焊工艺规范的制定都具指导意义。     

多芯片组件倒装焊焊点三维形态预测研究

基于最小能量建立了多芯片组件倒装焊焊点成形预测模型,对其三维焊点形态进行了有效预测。通过对预测结果进行数据分析与处理,建立了钎料体积和预定间隙与焊点亮度之间的预测关系表达式。     

片式元件与基板间隙对无铅焊点可靠性的影响

采用非线性有限元方法,讨论了片式元件与基板的间隙对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点的应力分布和热疲劳寿命的影响。结果表明,当间隙高度为0.1~0.2mm时,焊点薄弱处——元件底部拐角处、焊根的顶部和底部以及焊趾顶部具有较低的应力,此时预测得到焊点的热疲劳寿命也最长。这一结果对于焊点几何形态的设计及优化具有指导意义。     

Sn3．5Ag0．7Cu焊料的疲劳特性及铅杂质的影响

含铅焊料应用在电子产品上已超过50年的时间。然而出于环境方面的考虑，在未来的几年含铅焊料的使用将被禁止。作为替代，必须发明不含铅的焊料。对无铅焊料总的要求类似于含铅焊料。它们要求类似的诸如焊接温度及时间工艺参数窗口和相当于含铅焊料或更好的特性。科学家们已研究了许多不同类型的无铅焊料，从中我们选取Sn3、5Ag0．7Cu作为本次研究的对象，因为它可能目前是在欧洲应用最广泛的一种无铅合金。通过下面几项工作中我们研究了Sn3．5Ag0.7Cu的疲劳特性。制成板(PCBA)温度循环(热冲击)试验：用Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊料在不同的焊接气氛下将各种不同类型的器件焊在有不同可焊性表面覆层的印制板上，做成试验制成板(PCBA)。将125℃到-15℃的温度循环(热冲击)施与试验制成板并研究板上焊点在经受不同次数的温度循环后其微观组织结构及变化。模型焊点的机械应力循环试验：室温条件下利用特别设计的环一插针模型焊点，Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊点被施加机械应力循环并和传统的Sn-Pb焊点进行比较。包含不同铅含量的焊点也被研究以确认铅杂质对无铅焊点特性的影响。比起传统的Sn-Pb焊料，Sn3．5Ag0．7Cu有更好的疲劳特性。然而研究同时发现一个2％-5％的铅杂质含量对无铅焊点的寿命是有害的。     

基于有限元分析的BGA焊点可靠性研究

介绍了应用最小能量原理对球栅阵列(BGA)器件焊点建立三维形态预测模型,以及利用有限元方法分析不同形态焊点在热循环条件下的应力应变分布特征.基于分析结果对三种不同引脚中心距的BGA进行组装工艺优化设计,通过环境筛选试验的验证,考核了工艺设计的可靠度.证明热应力交变下,焊点内部疲劳损伤现象与理论预测一致,有限元分析(FEA)在焊点可靠性研究中是一种有效的途径.