温度载荷下光互连模块对准偏移分析

建立了板级光互连模块有限元分析模型,对其进行温度载荷下的有限元分析,分别获取了垂直腔面发射激光器（VCSEL,vertical cavity surface emitting laser）与耦合元件、耦合元件与光波导两个关键位置处在不同温度时刻的轴向、水平和垂直方向的对准偏移。结果表明：光互连模块关键位置的部件在温度载荷下会产生轴向、水平和垂直方向的对准偏移;在一个温度载荷周期内位置偏移值随着温度变化而变化,其中在低温保温阶段对准偏移值最大,在高温保温阶段对准偏移最小;在低温阶段关键位置处的轴向位置偏移最大,并且12路光通道中水平位置偏移呈现两端偏移大,中间偏移小的趋势。     

热循环加载条件下SMT焊点应力应变过程的有限元分析

ＳＭＴ焊 热循环条件下的应力应变过程分析是ＳＭＴ焊点可靠性的重要方向。本文采用粘弹塑性材料模式描述ＳｎＰｂ钎料的力学本构响应，对非城堡型ＬＣＣＣ焊蹼结构进行三维有限元分析，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，焊点钎料内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，蠕变应变在非弹性应变中占主导地位，应力应变滞后环在热循环的最初几个周期内就能很快稳     

板级光互连链路设计及分析

研究比较了板级光互连链路中各种可能的传输介质,综合分析机械特性、光学特性和成本因素,塑料光纤(POF)是最合适的选择.给出了设计链路时工作波长,纤芯直径等参数的选择范围.对链路中影响性能的主要因素弯曲损耗与耦合损耗进行了研究并加以优化.最后分析基于VCSEL链路的功率预算,留有一定富余度以提高链路的可靠性,得到密集、低损耗、低成本的光互连链路.     

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。     

光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响

空间光-单模光纤耦合的关键技术是怎样确保耦合系统中光纤的准确定位。基于电磁场模场匹配理论,讨论了光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响,结果显示耦合效率随着光纤偏移的增大显著下降。采用光纤调整架以及微透镜光纤可以显著改善耦合效率,讨论结果有助于空间光-单模光纤耦合器件的优化设计。     

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.     

高速光探测器模块中的耦合理论和模拟

高速光器件的封装工艺中,光耦合占据重要的地位.文中针对一种高速光探测器中常用的光耦合方式——倾斜端面光纤到倒装芯片的耦合,提出了光纤耦合的柱透镜光学模型,并通过理论和光学软件模拟了各种封装工艺条件对耦合效率的影响.模拟结果显示,耦合效率的大小由光纤位置、芯片透镜尺寸和激光光源光斑形状共同决定.     

热循环过程中焊点残余应变的研究

采用激光云纹干涉法,测量了不同热循环规范下焊点内的残余应变分布及最后失效的的焊点内最大的累积残余应变(即累积塑性变形),结果表明:材料热膨胀系数的不匹配导致焊点中存在很大的剪切变形,而且焊点内的残余应变的分布是很不均匀的;对应于同一种焊料,不同的热循环规范下焊点失效时的累积塑性变形基本上相同,可以认为对于焊点来说,失效时的累积塑性变形是一个常数,这可以作为热循环过程中焊点失效的判据。     

倒扣芯片连接焊点的热疲劳失效

测量了有无芯下填料B型和D型两种倒扣芯片连接器件的焊点温度循环寿命,运用超声显微镜(C-SAM)和扫描电镜(SEM)观察了焊点微结构粗化和裂纹扩展,并采用三维有限元模拟方法分析了焊点在温度循环条件下的应力应变行为.结合实验和模拟结果,建立了预估焊点疲劳寿命的Coffin-Manson半经验方程,得到方程中的系数C＝5.54,β=-1.38.模拟给出的焊点中剪切应变的轴向分布与实验得到的焊点在温度循环过程中的微结构粗化一致.填充芯下填料后的倒扣芯片连接由于胶的机械耦合作用,降低了焊点的剪切变形,但热失配引起的器件整体弯曲增强,芯片的界面应力增大.模拟结果与实验观察完全一致.     

Impact of Thermal Cycling on Sn-Ag-Cu Solder Joints and Board-Level Drop Reliability

The electronic packaging industry uses electroless nickel immersion gold (ENIG) or Cu-organic solderability preservative (Cu-OSP) as a bonding pad surface finish for solder joints. In portable electronic products, drop impact tests induce solder joint failures via the interfacial intermetallic, which is a serious reliability concern. The intermetallic compound (IMC) is subjected to thermal cycling, which negatively affects the drop impact reliability. In this work, the reliability of lead-free Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC) soldered fine-pitch ball grid array assemblies were investigated after being subjected to a combination of thermal cycling followed by board level drop tests. Drop impact tests conducted before and after thermal aging cycles (500, 1000, and 1500 thermal cycles) show a transition of failure modes and a significant reduction in drop durability for both SAC/ENIG and SAC/Cu-OSP soldered assemblies. Without thermal cycling aging, the boards with the Cu-OSP surface finish exhibit better drop impact reliability than those with ENIG. However, the reverse is true if thermal cycle (TC) aging is performed. For SAC/Cu-OSP soldered assemblies, a large number of Kirkendall voids were observed at the interface between the intermetallic and Cu pad after thermal cycling aging. The void formation resulted in weak bonding between the solder and Cu, leading to brittle interface fracture in the drop impact test, which resulted in significantly lower drop test lifetimes. For SAC/ENIG soldered assemblies, the consumption of Ni in the formation of NiCuSn intermetallics induced vertical voids in the Ni(P) layer.     

TSV封装通孔形态参数对焊点热疲劳寿命的影响

使用ANSYS有限元软件建立简化的基于硅通孔技术互连的二维结构模型,用粘塑性本构Anand方程来描述SnPb钎料焊点的力学行为,针对模型中的焊球进行热力耦合计算,研究热循环过程中的热失效问题.根据模拟的温度场、应力应变场找到危险焊点位置,利用修正Coffin-Manson经验方程估算危险焊点的热疲劳寿命,并且讨论了模型中通孔直径、深度和间距等参数对焊点热疲劳寿命的影响.结果表明,在只改变单一参数的情况下,焊点疲劳失效周期通孔各参量值的增加均呈现出下降的趋势,其中通孔直径和通孔间距的大小对焊点的使用寿命影响较大.     

同一PCB板上不同封装结构的热应力分析

基于ABAQUS有限元分析软件,对同一PCB板上QFP和PBGA两种不同封装结构,在温度循环载荷下的应力场进行了研究,并对不同封装结构的性能进行了比较分析。结果表明:在温度循环载荷下,无论何种封装组件,越靠近PCB板的边缘,器件的应力值越大;在同等条件下,PBGA封装器件的应力值高于QFP封装器件;以同类封装器件中最大应力值的10%为临界点,封装器件中应力值比最大应力值小10%以上的为非薄弱元器件,其余均定义为薄弱元器件。根据该定义,对前述5组QFP和PBGA封装器件,除位于PCB板中间位置的外,其余各组封装器件均为薄弱元器件。     

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。     

热分析在光电模块可靠性设计上的应用研究

元器件计数法是目前国内外针对光电模块可靠性设计的通用方法,为了改善没有成熟光电模块产品就无法有效进行可靠性预计的问题,在产品设计阶段通过运用流体仿真分析软件以XFP(10 G小型可插拔)模块为例模拟分析其在不同温度条件下的工作状态.完成了XFP模块的热分析,给出了XFP模块可靠性设计的优化办法,得到了XFP模块可靠性预...     

空基跟踪平台变焦镜头光机热集成分析

针对空基光电跟踪平台可见光变焦镜头进行光机结构设计及光机热集成分析。依据跟踪镜头-20~50 ℃的温度适应性指标要求,对变焦镜头进行光机集成分析。首先,建立了变焦镜头的有限元模型。其次,采用Patran软件对光机系施加温度载荷计算镜头的热弹性变形,利用Nastran软件计算个各光学元件镜面节点变形后的点云刚体位移。最后,采用 Sigfit光机接口软件分析温度载荷工况下各光学组件镜面Zernike系数,将分析结果导入Zemax中考核镜片面型变化以及刚体位移变化对MTF的影响。分析结果表明:在-20~50 ℃的温度载荷下,光学系统全视场的MTF @100 lp/mm值均大于0.3,满足技术指标要求。最后通过温度可靠性实验对变焦镜头的温度适应能力以及光机集成分析准确性进行实验。