面向完整传输路径的BGA焊点信号完整性分析及优化

建立了基于BGA(ball grid array)焊点的完整传输路径的HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对完整传输路径在高频条件下的信号完整性问题进行了分析,得到了其回波损耗仿真结果,以及焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸对回波损耗的影响. 并以焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸为设计参数,以完整传输路径6 GHz下的回波损耗作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对仿真计算所得的17组完整传输路径回波损耗与BGA焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化,得到完整传输路径回波损耗最小的BGA焊点组合参数为焊点最大径向尺寸1.05 mm,焊点高度0.75 mm,焊盘直径0.65 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了完整传输路径中BGA焊点的结构优化.     

埋入式BGA焊点可靠性和信号完整性优化

建立了埋入式微尺度球栅阵列(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型和三维电磁仿真模型，分别进行热循环加载分析和信号完整性分析. 选取焊点最大径向尺寸、焊点高度和焊盘直径作为设计变量，以焊点的热疲劳寿命和回波损耗最小为目标，利用正交试验和灰色关联分析相结合的方法对BGA焊点进行多目标优化设计，并通过试验对信号完整性优化结果进行了验证. 结果表明，优化后焊点最大等效应力下降了8.2%，在热疲劳寿命提高了2.15倍的同时回波损耗降低了11.8%，信号完整性试验验证了优化结果的有效性.     

功率循环载荷下BGA焊点应力与应变分析

建立了球栅阵列封装(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型，基于ANAND本构方程，分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变的分布情况，并搭建试验平台，完成了功率循环载荷下BGA封装器件应力与应变的测量试验，验证了仿真分析的可行性.选取焊点高度、焊点直径、焊盘直径和FR4基板厚度完成了正交试验分析，通过非线性回归分析得到高拟合度的BGA焊点功率循环应力量化评价模型.结果表明，BGA焊点结构参数对焊点应力影响大小排序为焊盘直径、FR4基板厚度、焊点直径和焊点高度，焊盘直径对BGA焊点应力影响显著，焊点直径、焊点高度和FR4基板厚度对BGA焊点应力影响不显著；最优参数水平组合为焊点高度0.39 mm、焊点直径0.42 mm、焊盘直径0.34 mm和FR4基板厚度0.8 mm，最优水平组合下BGA焊点应力与应变明显降低.     

热循环加载条件下PBGA叠层无铅焊点可靠性分析

建立了塑料球栅阵列(plastic ball grid array,PBGA)器件叠层焊点应力应变有限元分析模型,基于该模型对叠层无铅焊点在热循环载荷条件下的应力应变分布进行了分析,计算其热疲劳寿命,分析焊点材料、焊点高度和焊点最大径向尺寸对叠层焊点热疲劳寿命的影响.结果表明,与单层焊点相比,焊点叠加方式能有效提高焊点热疲劳寿命;采用有铅焊料Sn62Pb36Ag2和Sn63Pb37的叠层焊点比采用无铅焊料Sn-3.5Ag和SAC305的叠层焊点热疲劳寿命高;叠层焊点的高度由0.50 mm增加到0.80 mm时,焊点的热疲劳寿命随其高度的增加而增加;叠层焊点的最大径向尺寸由0.30 mm增加到0.45 mm时,焊点的热疲劳寿命随焊点的最大径向尺寸增加而减小.     

基于响应曲面法的BGA焊点结构参数优化设计

球栅阵列(ball grid array package,BGA)封装因其成本低、电气性能好而被广泛应用于集成电路产业中.文中建立了BGA三维模型，将等效应力作为响应目标，选取焊点直径、焊点高度、焊点间距、芯片厚度作为设计因子，采用响应曲面法设计了25组不同水平组合的焊点结构参数进行仿真计算，并基于遗传算法分析对焊点结构热振可靠性进行了优化.结果表明，焊点间距对BGA结构热振可靠性有重要影响；优化方案组合为焊点直径0.28 mm，焊点高度0.20 mm，焊点间距0.40 mm.经过优化验证分析，该优化方案较原始设计方案等效应力降低了11.92%，实现了BGA器件焊点参数优化目的.     

基于HFSS和Designer软件联合仿真的激光焊接连接特性分析

为研究激光焊接工艺对球栅阵列焊点焊接连接特性的影响,应用Ansoft平台的HFSS三维电磁场仿真软件和Designer平面激光仿真软件建立标准BGA焊点的激光焊接仿真模型,得出焊点尺寸的改变对激光性能的影响。结果表明:随着电流源电流值的增加,电极电流值基本呈现单调增加的变化趋势,电流放大的三极管电流源的电流值应控制在80μA以上。焊点高度的增大使得放大倍数明显减小,相比较焊点高度0.6、0.55 mm时,电流放大倍数在焊点高度0.50 mm的情况下明显偏大。联合仿真结果与实际测量结果误差在10%范围内。相比较HFSS单独仿真,联合仿真结果精度更准确。     

基于独立分量分析的缺陷信号串扰消除

漏磁检测设备中纵向传感器阵列特殊的物理结构,使得采集的缺陷信号之间不可避免地产生串扰,因而降低了检测设备的可靠性。结合采集信号的阵列特性,通过使用基于独立分量分析(ICA)的阵列信号处理方法,分离出各路消除串扰的源信号。仿真试验结果表明,ICA的定点算法可以消除信号之间的串扰,满足检测设备要求,具有较大的应用潜能。     

应用Designer与HFSS对激光焊接工艺的联合仿真

应用Designer与HFSS联合仿真技术研究激光焊接工艺对连接性能的影响。首先,在HFSS中建立一个标准的BGA焊点模型,通过改变其尺寸参数仿真,得到使回波损耗最小的参数组合;随后,在Designer中建立激光模型,把HFSS中的焊接连接工艺模型以N端口元件的形式嵌入到Designer建立的激光中,进行联合仿真;最后,对嵌入焊接连接工艺前后的仿真结果进行对比分析,得出焊点及焊点尺寸的改变对激光性能的影响。在高频段,随着焊点高度的增加,焊点的回波损耗随之减小,当焊点高度为0.50 mm时,回波损耗最小,因而应优先选择0.50 mm的焊点高度。     

埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变分析

建立了埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变有限元分析模型,分析了焊点材料、焊点间距、PCB支撑跨度及焊点阵列对焊点弯曲应力应变的影响,结果表明,三点弯曲加载条件下,埋入式基板微尺度BGA焊点阵列的最大弯曲应力应变均出现在最外围拐角处焊点上.当三点弯曲加载到相同位移载荷下,SAC387材料焊点的弯曲应力最大,62Sn36Pb2Ag材料焊点的弯曲应力最小;随着支撑跨度的增大,焊点内最大弯曲应力应变均随之减小;随着BGA焊点间距的增大,焊点内部最大弯曲应力应变值均增大;随着BGA焊点阵列数的增大,焊点内部最大应力应变值均增大.     

3D封装微尺度CSP焊点随机振动应力应变分析

基于ANSYS软件建立了3D芯片尺寸封装有限元模型,对模型中微尺度CSP焊点在随机振动载荷条件下进行有限元分析,获得了CSP焊点应力应变分布情况;分析了不同焊点材料、焊盘直径和焊点体积对应力应变的影响;并以焊点体积、焊点高度、焊盘直径为设计参数,以随机振动条件下CSP焊点应力值作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对17组应力值与微尺度CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化.结果表明,随机振动环境下应力值最小的CSP焊点组合参数为焊点最大径向尺寸0.093 mm、焊点高度0.077 mm、焊盘半径0.068 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了随机振动环境下微尺度CSP焊点的结构优化.     

线阵列探测器串扰试验

通过对芬兰DT公司生产的XSCAN0.4f线阵列探测器进行串扰试验,分析了X射线源的分布和光子在不同角度入射时对阵列探测器串扰的影响。介绍了探测器试验校准过程,包括偏置和增益的校准。讨论了准直狭缝试验和边沿试验中探测器的位置分辨力,发现在阵列探测器各单元工作性能稳定的情况下,串扰和散射是影响扫描图像均匀性的重要因素,而且相同能量的光子在垂直入射与斜入射情况下产生的串扰不同。     

热循环载荷下POP堆叠焊点应力分析与优化

建立叠层封装(packaging on packaging,POP)堆叠焊点有限元模型,基于ANAND本构方程,分析了热循环载荷下焊点应力分布状态及热疲劳寿命;基于灵敏度法分析了POP封装结构参数对焊点热应力的影响显著性;基于响应面法建立POP堆叠焊点热应力与结构参数的回归方程,并结合粒子群算法对结构参数进行了优化.结果表明,焊点与铜焊盘接触处应力最大,该处会率先产生裂纹,上层焊点高度和下层焊点高度对POP堆叠焊点热应力影响较为显著;最优结构参数水平组合为上层焊点高度0.35 mm、下层焊点高度0.28 mm、中层印刷电路板厚度0.26 mm,优化后上、下两层焊点的最大热应力分别下降了0.816和1.271 MPa,延长了POP堆叠焊点热疲劳寿命.     

基于纳米压痕法的无铅BGA焊点的循环力学行为

采用纳米压痕法通过循环加载卸载方式研究了最大载荷、循环次数及保载时间对Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu 2种钎料BGA焊点循环性能的影响.结果表明,Sn-Ag-Cu系无铅BGA焊点的循环性能具有很大的载荷依赖性,随着最大载荷的增加,BGA焊点的损伤累积增加且前几周循环中损伤累积很大,其后逐渐减小并趋于稳定;循环次数增加,使BGA焊点抵抗变形的能力稍有降低;保载时间增加,蠕变位移不断增加,蠕变和疲劳共同作用会加速焊点失效;Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料BGA焊点的能量损耗大于Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料BGA焊点.     

不同阵列PBGA器件焊点可靠性分析

采用Anand模型描述钎料本构关系,对温度循环载荷下两种不同阵列形式的塑料球栅阵列(PBGA)Sn3.0Ag0.5Cu焊点的应力应变响应进行有限元分析.结果表明,两种不同阵列条件下,关键焊点的位置均由芯片拐角位置决定.芯片尺寸改变时,PB.GAl21焊点的最大应力值随芯片尺寸的增大而增大,但PBGA81的最大应力值随芯片尺寸增大先减小后增大.凭借Engelmaier修正的Coffin-Manson寿命预测方程,分别预测了两种不同阵列PBGA器件四种芯片尺寸条件下焊点的热疲劳寿命,结果表明芯片尺寸对焊点疲劳寿命有较大影响.     

基于三值神经网络和混沌搜索的数字电路串扰时滞故障测试生成算法

提出了一种有效的串扰时滞故障测试生成算法,该算法使用了三值神经网络理论和混沌搜索方法。首先在电路的受害点处把电路分成两个部分,对第一部分,可以得到时滞时间表达式;对第二部分,使用混沌搜索和三值神经网络网络的方法把故障传播到输出端。最后,能够把故障传播到输出端且使时滞时间表达式取最大值的输入矢量就是串扰时滞故障的最优测试矢量。实验结果表明该算法能够容易地得到故障输入测试矢量,平均测试生成时间小于0. 25μs,故障覆盖率能够达到98. 2%。     

BGA焊点气孔对可靠性的影响及其改善措施

结合实际工作中的经验和体会,探讨球栅阵列元器件焊点的气孔现象及其产生机理,重点讨论气孔与焊点可靠性的关系,认为非焊点与基板界面处(IMC)及焊点和BGA的Substrate结合处的气孔对焊点可靠性的影响不是很显著.最后,通过对人、机、料、法、环5个环节进行分析,找到避免产生气孔的一些途径.     

FPGA焊点连接失效故障诊断

利用焊点内建自测(solder joint built-in self-test,SJ BIST)方法,建立球栅阵列(ball grid array,BGA)封装现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)焊点连接失效故障诊断的模型,用multisim进行仿真,并在Altera DE2平台上进行验证.结果表明,相比已有的文献资料,文中对SJ BIST诊断方法进行了更详细论证,更详细地确定了焊点阻抗大小,从而可得到更准确的FPGA焊点健康状态信息.     

In718晶粒尺寸对超声背散射信号的影响及其无损评价方法

制备晶粒尺寸不同的In718合金试样,采用经验模态分解(EMD)研究超声背散射信号的时频域特征,分析晶粒尺寸对不同频段固有模态函数(IMF)的影响,并探求各IMF信号的功率与晶粒尺寸之间的相关性.结果表明,原始背散射信号和IMF1信号的频带宽受晶粒尺寸变化影响均不显著;IMF2信号频域分布较为集中,峰值频率的幅值随晶粒的增大而增大,其功率与晶粒尺寸相关系数达0.995,显著高于其它模态,EMD过程实质上滤除了与晶粒尺寸无关的成分.以充分反映晶粒散射强度的IMF2成分作为晶粒尺寸评价的特征信号,建立面向In718晶粒尺寸的超声背散射EMD评价模型.晶粒尺寸实测结果显示,本方法的灵敏度是传统背散射法的3.7倍;对2个验证试样的评价误差分别为-3.72%和2.87%,精度显著高于声速法;与衰减法相比,本方法无需厚度信息,评价结果不受测厚误差的影响;此外,相比于金相法具有效率高及无需破坏待测件的优势.     

基于晶粒取向的无铅互连焊点可靠性研究

对球栅阵列封装(ball grid array,BGA)组件进行热循环实验,通过EBSD对焊点取向进行表征,观察不同取向焊点内晶粒取向演化情况.同时采用Surface Evolver软件对BGA焊点进行三维形态模拟,并基于实际焊点内的晶粒构成,对热加载条件下BGA组件热应力应变分布进行计算.实验和模拟结果表明,晶粒取向对焊点可靠性和失效模式产生非常显著的影响.对于单个晶粒构成的焊点,应力应变主要集中在靠近界面的钎料内部,该处发生明显的再结晶并伴随着裂纹的萌生和扩展;而对于多个晶粒构成的焊点,应力应变分布则依赖于晶粒取向,再结晶和裂纹倾向于偏离界面沿原有晶界向钎料内部扩展.部分特殊取向焊点,当原有晶界与焊盘界面垂直时,不利于形变,表现出较高的可靠性.当晶界与焊盘夹角为45°时,在剪切应力和焊点各向异性的双重作用下,原有晶界处产生较大的应力应变集中,加速了裂纹的萌生和扩展,导致焊点最终沿着原有晶界发生再结晶和断裂,焊点发生早期失效的可能性增加.     

260BD冷轧烘烤硬化钢镀锌板点焊性能研究

对260BD冷轧烘烤硬化钢镀锌板进行点焊试验,研究了焊接工艺参数(焊接时间及焊接电流)对焊点熔核尺寸及拉剪性能的影响,建立了点焊工艺窗口,并分析了焊点不同区域的微观组织及硬度。结果表明:随着焊接电流和焊接时间的增加,焊点的最大拉剪力和熔核尺寸均增大,但当电流过大而发生飞溅时,焊点的最大拉剪力和熔核尺寸将减小,此外焊点不同区域微观组织的差异导致了焊点硬度分布的不均匀性。