增强型CCGA焊柱的热疲劳寿命研究

随着陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装的广泛应用,其焊柱在温度循环条件下的热疲劳寿命预测也越来越重要。首先,建立了简化后的CCGA封装结构模型;其次,基于描述焊料变形行为的Anand本构方程,借助有限元进行热疲劳仿真;最后,使用基于Coffin-Manson方程的热疲劳寿命预测模型,比较了镀铜型焊柱和铜带缠绕型焊柱的热疲劳寿命,结果表明后者的热疲劳寿命是前者的1.6倍,由此可以在疲劳寿命的评估中,确定可靠性最优的焊柱类型。     

温度循环条件下微弹簧型CCGA焊柱的热疲劳寿命仿真研究

对比封装体不同的热疲劳寿命预测模型,选择适用于微弹簧型陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的寿命预测模型,并对焊点的热疲劳机制进行分析。利用Workbench对焊点进行在温度循环载荷作用下的热疲劳分析。对比不同热疲劳寿命预测模型的结果,表明基于应变能密度的预测模型更适用于微弹簧型CCGA。随后对等效应力、塑性应变、平均塑性应变能密度和温度随时间变化的曲线进行分析,结果表明,在温度保持阶段,焊柱通过发生塑性变形或积累能量来降低其内部热应力水平,减少热疲劳损伤累积;在温度转变阶段,焊柱的应力应变发生剧烈变化,容易产生疲劳损伤。     

基于统计的高密度CCGA封装热循环寿命预测方程

利用ANSYS有限元软件建立了CCGA-1144全阵列三维1/8模型,分析了焊柱在热循环条件下的应力应变情况,提出疲劳寿命预测模型.并对CCGA结构进行可靠性正交试验设计,利用有限元方法预测了正交试验各方案的疲劳寿命,并利用统计学方法分析了不同结构参数变化对疲劳寿命的影响,建立了寿命预测回归方程.     

CSP封装Sn-3.5Ag焊点的热疲劳寿命预测

对芯片尺寸封装(CSP)中Sn-3.5Ag无铅焊点在热循环加速载荷下的热疲劳寿命进行了预测.首先利用ANSYS软件建立CSP封装的三维有限元对称模型,运用Anand本构模型描述Sn-3.5Ag无铅焊点的粘塑性材料特性;通过有限元模拟的方法分析了封装结构在热循环载荷下的变形及焊点的应力应变行为,并结合Darveaux疲劳寿命模型预测了无铅焊点的热疲劳寿命.     

基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测

BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。     

CQFN封装结构的热疲劳寿命研究

基于陶瓷四边无引线（CQFN）封装结构,采用有限元仿真方法,针对实际外壳建立了三维有限元模型,对焊点在温度循环试验中的应力应变分布开展了研究,重点分析了印刷电路板（PCB）厚度、外壳尺寸大小、引出端形式和温度变动范围等对焊点的影响规律。采用Anand本构模型对铅锡焊点的粘塑性进行了表征,同时利用Coffin-Manson方程对CQFN封装结构在温度循环载荷作用下的热循环疲劳寿命进行了计算。研究表明,适当地增加PCB板厚度、合理地选取外壳外形尺寸及引出端的形式和尽量地降低温度变动范围,可以有效地提高焊点的热疲劳寿命。     

气孔缺陷对同轴电缆焊点热疲劳寿命影响

利用ANSYS软件建立了热循环条件下同轴电缆焊点的三维有限元模型,分析了气孔的大小及位置对焊点在热循环过程中的应力应变分布特征的影响,结合Manson-Coffin方程预测了不同气孔大小及位置对焊点的热疲劳寿命的影响.结果表明:气孔的存在使焊点的热疲劳寿命急剧缩短;相同尺寸的气孔存在于焊点内部时位置的改变对热疲劳寿命影响很小;处于焊点内部的气孔对焊点的疲劳寿命影响要小于靠近表面的气孔;处于焊点根部的气孔对焊点疲劳寿命的影响要远大于其它位置的气孔;气孔越大,对焊点的疲劳寿命影响越大.     

CCGA封装特性及其在航天产品中的应用

介绍了CCGA封装的基本组成及焊柱的3种连接技术,对CCGA如何实现高互联密度、高性能、高可靠性的大尺寸封装进行了详细描述。CCGA板级装配的热循环试验结果表明CCGA封装技术达到甚至超过了典型卫星对航天电子设备可靠性的要求;CCGA散热时施加在器件顶部的压力超过极限值后将对可靠性产生严重影响。板级装配设计的关键要素和板级组装的关键工艺在文中也进行了概括性的叙述。     

小尺寸CQFP结构的热疲劳寿命仿真分析

采用有限元分析软件,以小尺寸陶瓷四边引线扁平封装（CQFP）结构为研究对象,对其在温度循环试验中应力应变分布进行了仿真分析。分析了引线成型角度和成型次数两种参数对焊点的影响,进而对CQFP结构在温度循环载荷作用下的疲劳寿命进行了计算。结果表明,对引线进行二次成型或者减小引线成型角度可以提高焊点的热疲劳寿命。     

热循环下集成电路板疲劳寿命预测

利用SOLIDWORKS和ANSYS软件对装有典型封装电子元件的集成电路板进行三维建模和有限元仿真,并采用Anand粘塑模型来描述焊点的力学行为。结果表明：在-55～125℃交变热循环载荷下,位于集成电路板右下方的LVC244A电子元件上的焊点等效塑性应变最大,电路板发生显著变形。同时,利用Manson-Coffin塑性变形模型和Darveaux能量模型计算SAC305和63Sn37Pb两种焊点的热疲劳寿命,通过比对计算结果发现SAC305焊点的热疲劳寿命要远高于63Sn37Pb焊点。证明了无铅焊料SAC305可以应用到电子封装产品当中,为无铅焊料和集成电路板可靠性的研究提高了参考。     

CSP封装Sn-3.5Ag焊点的热疲劳寿命预测

对芯片尺寸封装(CSP)中Sn-3.5Ag无铅焊点在热循环加速载荷下的热疲劳寿命进行了预测.首先利用ANSYS软件建立CSP封装的三维有限元对称模型,运用Anand本构模型描述Sn-3.5Ag无铅焊点的粘塑性材料特性;通过有限元模拟的方法分析了封装结构在热循环载荷下的变形及焊点的应力应变行为,并结合Darveaux疲劳寿命模型预测了无铅焊点的热疲劳寿命.     

稀土含量对Sn—Pb—Re钎料SMT焊点热循环性能的影响

本文对不同稀土含量Ｓｎ－Ｐｂ－Ｒｅ钎料系焊点的热循环寿命进行了实验研究，结果表明，钎料中稀土含量为０．０５％－０．５％时，可使焊点的热循环寿命提高到普通Ｓｎ６０Ｐｂ４０钎料的２－３倍以上；     

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array, BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一.采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加裁条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响.研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命.     

不同基板的CBGA焊点在热循环下的力学特性研究

采用粘塑性本构Anand方程描述SnPb钎料的变形行为,用有限元方法对CBGA组件焊点结构进行二维模型分析;同时,选用不同的基板材料(Al2O3、AlN、SiC),考察焊点在热循环加载过程中的应力应变等力学行为.研究结果表明,最外侧焊点受到的应力应变最大,所以裂纹最有可能从最外侧焊点处萌生,并沿着基板一侧扩展;焊点的高应力发生在热循环的低温阶段,升降温过程中的蠕变和非弹性应变的累积显著,应力应变迟滞环在热循环的最初几个周期内就能很快稳定.模拟结果得出,采用BeO基板材料时焊点的应力应变最小,其可靠性最高.     

温度试验条件下柱栅阵列仿真失效分析

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装是陶瓷球栅阵列(CBGA)封装的衍生技术,能有效缓解CBGA因热失配而引起的失效问题。对CCGA1140封装的材料和结构进行建模,针对焊接过程和热环境试验仿真条件下柱栅阵列焊点的应力应变分布情况和薄弱环节进行重点论述。仿真结果表明,在焊接和热环境中,CCGA封装最薄弱环节是柱栅阵列最外侧四角的焊点处。     

蝶形激光器管脚振动疲劳寿命分析

;针对用引线连接的蝶形激光器管脚在扫频振动测试中发生齐根断裂的问题,文章建立了有限元分析模型,模型中用不同管脚长度反映引线的影响,采用模态叠加法分析了管脚在20 g、20～2000 Hz正弦扫频振动下的应力.基于Miner准则,计算了管脚在振动条件下的寿命.分析结果表明:(1)原激光器管脚的固有频率高于2000 Hz,...     

CBGA、CCGA植球植柱焊接返工可靠性研究

多功能、高性能、高可靠及小型化、轻量化是集成电路发展的趋势。以航空航天为代表的高可靠应用中,CBGA和CCGA形式的封装需求在快速增长。CLGA外壳/基板植球或植柱及二次组装之后的使用过程中,常出现焊接不良或其他损伤而导致电路失效,因此需要进行植球植柱焊接返工。在返工过程中,除对焊接外观、焊接层孔隙等进行控制,研究返工过程对植球植柱焊盘镀层的影响也是保证焊接可靠性的重要工作。一次返工后焊盘表面镀金层已不存在,镀镍层也存在被熔蚀等问题,这都对返工工艺及返工后的电路可靠性提出了挑战。文章主要研究返工中镀镍层熔蚀变化趋势以及随返工次数增加焊球/焊柱拉脱强度和剪切强度的变化趋势,并分析返工后电路植球植柱的可靠性。     

7075铝合金疲劳寿命研究及数值模拟

本文运用有限元分析对7075铝合金板材进行了疲劳寿命数值分析,并将仿真分析结果与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,仿真分析与理论分析重合度高,为进一步研究7075疲劳性提供了数值分析依据.     

基于正交试验法的高速背板焊点热疲劳可靠性分析

针对某特定电子整机的布局,研究了背板的备用线数量及接口布局;以高速互联背板焊点为研究对象,基于正交试验法,建立不同组合水平下的有限元分析模型;利用ANSYS软件,对背板焊点在热循环加载条件下的热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测,获得了较好的结果。     

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。