基于子模型法的焊点热应力分析

基于ABAQUS有限元分析软件,利用子模型法对PBGA封装结构的焊点在温度循环载荷下的应力场进行了研究,并比较了不同焊点直径、焊点高度、焊点间距对其应力场的影响规律.结果表明,焊点的最大应力值与焊点直径和焊点间距成正比,与焊点高度成反比.研究结果对焊点的可靠性评估和优化设计有一定的指导意义.     

6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的疲劳性能的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS模拟了6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头在不同载荷作用下的应力场,进而分别运用名义应力法和局部应力-应变法计算得到当前载荷水平下的疲劳寿命。结果表明:在较大的载荷水平下,应力法分析结果与试样实际寿命接近,在较小的载荷水平下,局部应力-应变法分析结果与试样实际寿命接近;试样疲劳寿命随焊点间距的增加而减小。通过分析6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头疲劳断口形貌,发现疲劳裂纹起裂于焊点根部的热影响区和热力影响区,同时沿上板焊点边缘和下板母材处横向扩展。     

板级跌落冲击载荷下无铅焊点形状对BGA封装可靠性的影响

焊点高度和焊盘尺寸相同情况下,分析焊点形状（桶形、柱形、沙漏形）对BGA封装在板级跌落冲击载荷下可靠性的影响。根据不同焊点形状建立3种3D有限元模型,采用Input-G方法将加速度曲线作为数值模型的载荷输入,对BGA封装件在板级跌落冲击载荷下的可靠性进行分析。结果表明：在跌落冲击过程中,在0.1ms左右PCB板出现最大弯曲变形;焊点形状对BGA封装件在跌落冲击过程中的可靠性有较大的影响;以最大剥离应力作为失效准则对三种焊点进行寿命预测, 沙漏形焊点的平均碰撞寿命值最大,其次是柱形焊点,桶形焊点最小,表明沙漏形焊点在跌落测试中表现出较好的抗跌落碰撞性能。     

随机振动载荷下塑封球栅阵列含铅焊点疲劳寿命模型

对塑封球栅阵列(PBGA)封装器件Sn37Pb焊点进行了正弦振动、随机振动实验,得到各个载荷下焊点的疲劳寿命结果.建立了三维有限元模型,进行与实验条件一致的有限元分析,计算焊点的应力;将实验结果与有限元计算相结合,并基于Steinberg寿命预测模型,发展了随机振动载荷下焊点疲劳寿命预测方法.结果表明,疲劳寿命模型预测...     

芯片尺度封装中焊线的应力分析研究

芯片尺度封装(CSP)技术是近年来发展最为迅速的微电子封装新技术。通过对WB-CSP器件中金线(GoldWire)所受应力的有限元模拟,发现金线所受应力与塑封材料的膨胀系数、焊点大小、金线粗细、金线拱起高度等因素有关。结果表明:由于热失配引起的金线应力最大处位于金线根部位置,SEQVmax=625.202MPa,在通常情况下,这个部位在所承受的应力作用下产生的形变最大,最有可能发生断裂,引起器件的失效。模拟结果与实际失效情况相一致。此外,发现:当环氧树脂塑封料热膨胀系数为1.0×10-5/oC时,金线最大等效应力出现最小值,SEQVmax=113.723MPa,约为原来的1/6;随着金线半径减小、焊点增大,金线所受应力也将减小。模拟结果对于WB-CSP封装设计具有一定的指导意义。     

微尺度CSP焊点弯振耦合应力应变分析与优化

建立了微尺度芯片尺寸封装(chip scale package, CSP)焊点三维有限元模型,对其进行了弯振复合加载应力应变仿真分析。分析了焊点材料、焊点直径、焊点高度和焊盘直径对微尺度CSP焊点弯振耦合应力应变的影响;选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径为设计变量,设计了17组不同水平组合的焊点模型并获取了相应焊点最大弯振耦合应力,采用响应曲面法建立了焊点弯振耦合应力与焊点结构参数的回归方程,结合粒子群算法对焊点结构参数进行了优化。结果表明:焊点材料为SAC387时弯振耦合应力最大,最大弯振耦合应力应变随焊点高度和焊盘直径增大而减小、随焊点直径增大而增大;最优焊点结构参数水平组合为焊点直径0.18 mm、焊点高度0.16 mm和焊盘直径0.15 mm;优化后CSP焊点最大弯振耦合应力下降了8.49%。     

板级跌落碰撞下无铅焊点的有限元分析

为了预测跌落碰撞下球栅阵列(BGA)封装中无铅焊点的失效,采用ABAQUS软件来模拟跌落碰撞过程中焊点的应力分布.首先建立圆形电路板(PCB)组件的有限元模型,接着用模态试验和有限元模拟相结合的方法确定有限元模型的边界条件和PCB的阻尼参数,然后运用ABAQUS有限元软件模拟PCB组件从三种高度下跌落碰撞过程中BGA封装中无铅焊点的拉应力分布.结果表明:封装最外圈四个拐角焊点的拉应力最大,最大拉应力出现在焊点靠近封装的一侧.由此预测最外圈拐角的焊点最易失效,焊点失效的位置在靠近封装一侧.     

硅通孔间距与形状对热应力的影响

针对常用不同孔间距和形状组合的硅通孔(TSV)叠层封装的热问题,利用有限元软件建立模型,对多热源硅通孔叠层封装进行热循环瞬态分析。基于以上分析,进一步探讨不同孔间距和形状的封装体热应力分布情况,得出孔间距和形状与热应力之间的对应关系。数值算例结果表明,以孔间距为1mm朝下开口梯形圆台模型具有良好的热应力特性。     

底充胶及其材料模型对倒装焊热循环可靠性的影响

对倒装焊电子封装可靠性进行了热循环实验和有限元模拟,结果表明,有底充胶（underfill)时,SnPb焊点的热循环寿命可提高约16倍,并确定了Coffin-Manson半经验方程的参数,采用3种底充胶材料模型,亦即定常弹性模型,温度相关弹性模型和粘弹性材料模型,描述了底充胶U8347－3的力学性能。模拟结果表明,材料模型影响计算得到的SnPb焊点的塑性应范围,封装形变以及底充胶／芯片界面应力,采用弹性材料模型可能过高估计了SnPb焊点的热循环寿命和界面应力。     

无铅焊点在跌落冲击载荷下动态特性研究

针对JEDEC标准板的局限性,设计一种圆形PCB,建立其三维有限元模型,运用ABAQUS有限元分析软件对设计板在跌落冲击载荷下的动态特性进行模拟仿真,找到封装中焊点的薄弱环节,得出焊点的应力状况与PCB板的挠曲变形存在一致的对应关系,验证PCB板在跌落冲击过程中弯曲振动导致的交变应力是焊点破坏的原因.     

电子设备耦合刚度对QFP器件振动可靠性的影响

电子设备内部模块间的互连耦合刚度对其动力学特性影响较大,首先研究了电子设备互连耦合状态下的隔振理论;然后以某电子设备中四角扁平封装(quad flat package, QFP)器件振动试验后引线断裂问题为例,开展了不同耦合状态下的理论分析,并通过有限元模态分析验证了该隔振理论的适用性;最后分析了QFP器件的振动响应,并基于Palmgren-Miner累积损伤理论,计算了不同耦合状态下的器件引线疲劳寿命,分析结果与产品环境试验符合性很好。     

无铅焊点在跌落冲击载荷下动态特性研究

针对JEDEC标准板的局限性，设计了一种圆形PCB，建立了无铅焊点三维有限元模型，运用ABAQUS有限元分析软件对设计板在跌落冲击载荷下的动态特性进行模拟仿真，找到了封装中焊点的薄弱环节，得出焊点的应力状况与PCB板的挠曲变形存在一致的对应关系，验证了PCB板在跌落冲击过程中弯曲振动导致的交变应力是焊点破坏的原因。     

就地化保护装置跌落冲击载荷下的可靠性分析

目的 为了评估就地化保护装置跌落冲击载荷下的失效情况。方法 基于显式动力学理论,采用有限元法对就地化保护装置进行跌落冲击的建模仿真。分析PCB板变形与焊点失效之间的关系,探讨元件封装方式对产品抗跌落冲击性能的影响,提出以Von Mises准则得到的焊点最大应力联合跌落寿命模型,进行元件封装可靠性评估的分析方法。针对元件不同封装方式的装置进行跌落验证试验。结果 就地化保护装置跌落冲击仿真结果与试验结果基本吻合。结论 验证了评估元件封装失效分析方法的准确性,为推断产品可靠性提供了理论支撑。     

热循环条件下SnAgCu/Cu焊点金属间化合物生长及焊点失效行为

研究了热循环过程中SnAgCu/Cu焊点界面金属间化合物的生长规律及焊点疲劳失效行为。提出了热循环条件下金属间化合物生长的等效方程以及焊点界面区不均匀体模型,并用有限元模拟的方法分析了热循环条件下焊点界面区的应力应变场分布及焊点失效模式。研究结果表明:低温极限较低的热循环,对应焊点的寿命较低。焊点的失效表现为钎料与金属间化合物的界面失效,且金属间化合物厚度越大,焊点中的累加塑性功密度越大,焊点越容易失效。     

微尺度CSP焊点温振耦合应力应变有限元分析

建立了微尺度芯片尺寸封装(CSP)焊点三维有限元分析模型,对模型进行了热结构耦合分析和温振耦合分析,获得了微尺度CSP焊点应力应变分布结果;对比分析了微尺度CSP焊点与常规尺寸CSP焊点的应力应变分布;分析了不同焊料、焊盘直径和焊点体积对微尺度CSP焊点应力应变的影响。结果表明:温振耦合条件下,微尺度CSP焊点内应力应大于常规尺寸CSP焊点应力应变;在SAC305、SAC387、63Sn37Pb、62Sn36Pb2Ag四种焊点材料中采用SAC387的焊点最大应力最大;焊点最大直径由105μm减小至80μm时,微尺度CSP焊点内应力应变呈现出减小的趋势;焊盘直径由80μm减小至60μm时,微尺度焊点内应力应变呈现出增大的趋势。     

随机振动载荷下电路板组件三维有限元模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了电路板组件的三维有限元模型,采用基础激励法对电路板组件进行随机功率谱分析。将模拟获得的电路板组件中心位移与实验测得的位移响应的功率谱密度和均方根值进行比较,校验该模型的正确性与模拟结果的有效性。由数值模拟分析可知：(1)球栅阵列封装外围4个拐角处焊点拉应力最大,是关键焊点;(2)固定电路板组件的螺钉变松将使电路板组件的固有频率变小时,关键焊点的拉应力均方根值会增加,焊点越容易失效。     

基于响应面-遗传算法的CSP焊点随机振动应力与回波损耗双目标优化设计

建立了芯片尺寸封装(Chip Scale Package,CSP)焊点有限元分析模型和电磁仿真模型,选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径作为设计变量,以CSP焊点随机振动应力和回波损耗为目标值,设计17组焊点形态参数水平组合并建模进行仿真计算,采用响应曲面法对17组组合应力值、回波损耗值与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设计,得到CSP焊点随机振动应力值和回波损耗值同时降低参数水平组合,并通过回波损耗测试实验对优化结果进行了验证。结果表明:优化后CSP焊点最大等效应力下降11%的同时回波损耗降低了2.78%,回波损耗实测试验验证了优化结果的正确性。     

不同填胶方式对细间距器件焊点可靠性影响

为了获得一种较好的填胶方式来增加3D PLUS组件焊点的可靠性,采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,分析热循环载荷下无胶、端封、底封三种状况焊点的应力、应变分布情况及危险点位置,得到焊点应力和塑性应变周期性累积叠加并逐渐趋于平缓的规律.比较三种状态下焊点的应力、塑性应变的最大值及其变化规律,分析结果表明底封方式能有效的改善焊点的应力、应变状况.改变底封方式胶粘剂的线膨胀系数,找到线膨胀系数对焊点应力、应变影响规律,选出较优线膨胀系数的胶粘剂.     

PBGA焊点在地震环境下动态响应有限元分析

根据NEBS（Network Equipment Building System）的要求，建立了基频分别为5Hz．7Hz和9Hz的三个机柜有限元模型，把电路板分别插入不同基频的机柜，计算得到了焊点在地震载荷激励下最大应力响应随激励频率变化的曲线，通过对计算结果的分析，找到了影响焊点最大应力的因素，提出了减小焊点最大应力，提高焊点可靠性的合理化建议，为用于地震地区电子设备的设计提供了有参考价值的结论。     

微电子封装中无铅焊点力学性能的实验研究

针对实际工况下的微电子封装器件中使用的3种无铅焊点99.3Sn0.7Cu、96.5Sn3.0Ag0.5Cu和96.5Sn3.5Ag的弹塑性力学性能和蠕变行为进行了研究。采用纳米压痕测试技术,对经过时效处理的3种钎焊态无铅焊点99.3Sn0.7Cu、96.5Sn3.0Ag0.5Cu和96.5Sn3.5Ag进行压痕实验,根据接触刚度的连续测量技术(CSM),得到焊点的硬度-位移、弹性模量-位移和载荷-位移曲线。基于实验结果,比较3种焊点的弹塑性性能,并利用压痕功法来给定蠕变应力指数,无铅焊点99.3Sn0.7Cu、96.5Sn3.0Ag0.5Cu和96.5Sn3.5Ag的蠕变应力敏感指数n分别为9.225、14.992和19.231,表明同等条件下产生蠕变量最大的焊点为99.3Sn0.7Cu,其次为96.5Sn3.5Ag,蠕变最小的为96.5Sn3.0Ag0.5Cu。