基于失效物理方法的焊点疲劳寿命评价流程设计

应用失效物理方法的故障预测与寿命评价方法已经得到了越来越广泛的应用,该文主要介绍了基于失效物理方法的焊点疲劳寿命评价流程设计。首先给出了单板焊点疲劳寿命评价的完整流程,以及各失效物理模型的应用阶段,并且对所应用的失效物理模型详细说明了其适用条件,以及其应用时的输入输出参数。为单板焊点疲劳寿命评价和可靠性设计及评价提供参考。     

SMT焊点半经验随机振动疲劳寿命累积模型

研究了SMT焊点在随机振动条件下引起的振动疲劳情况,给出了SMT焊点半经验随机振动疲劳寿命累计模型,并通过对某SMT电路板进行随机振动疲劳测试,验证了模型的正确性.     

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.     

PBGA封装焊点寿命影响因素的有限元分析

为明确PBGA焊点设计及环境温度参数对其可靠性影响,利用有限元软件ANSYS分析了温度循环、焊点材料、焊点高度与直径、PCB板的厚度、刚度、热膨胀系数(CTE)对焊点寿命的影响.焊点采用了Anand本构关系描述,寿命预测采用Darveaux模型.研究结果表明,温度循环的范围变大焊点寿命变短,保温时间缩短能增加焊点寿命;经过优化的焊球,寿命会增加;PCB板越厚,焊点寿命越短;PCB板的杨氏模量越大,焊点寿命越长.     

LGA焊点可靠性分析及热疲劳寿命预测

针对栅格阵列封装焊点可靠性问题,设计了一种焊料包裹焊盘的倒凹槽焊点,利用有限元分析法和修正的Coffin-Manson寿命预测方程,对其热可靠性进行评估.经仿真和试验验证,初始倒凹槽焊点的热疲劳寿命是1201个周期,为常规焊点的2.08倍.进一步结合田口试验法,以倒凹槽焊点的热疲劳寿命为优化目标,建立L27(39)正交...     

承载式车身焊点疲劳寿命分析研究

文中针对某承载式车身焊点结合疲劳寿命虚拟分析技术与强化耐久试验进行了比较研究。根据疲劳寿命分析理论,采用经模态试验验证了其精度及有效性的模型,结合多体动力学分析得到的载荷谱,对车身焊点的疲劳寿命进行预测分析;并与强化疲劳耐久试验结果进行了比较,分析了造成车身焊点低寿命区域的原因并提出了改进方案,从而有效解决了该车车身焊点疲劳寿命设计中存在的缺陷,为后续设计与优化提供了参照。     

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。     

叠层芯片封装元件热应力分析及焊点寿命预测

研究了温度循环载荷下叠层芯片封装元件(SCSP)的热应力分布情况,建立了SCSP的有限元模型。采用修正后的Coffin-Masson公式,计算了SCSP焊点的热疲劳寿命。结果表明:多层芯片间存在热应力差异。其中顶部与底部芯片的热应力高于中间的隔离芯片。并且由于环氧模塑封材料、芯片之间的热膨胀系数失配,芯片热应力集中区域有发生脱层开裂的可能性。SCSP的焊点热疲劳寿命模拟值为1 052个循环周,低于单芯片封装元件的焊点热疲劳寿命(2 656个循环周)。     

PCBA结构参数与振动谱型对BGA焊点疲劳寿命的影响

为获得印制电路板组件(PCBA)的板厚、芯片布局等结构参数和随机振动谱型(功率谱密度,PSD)变化对球栅阵列(BGA)封装芯片焊点振动疲劳寿命的影响,利用HYPERMESH软件建立了带BGA封装芯片的PCBA三维有限元网格模型,并采用ANSYS软件对PCBA有限元模型进行了随机振动响应分析。结果表明,随着PCB厚度增加,BGA焊点振动疲劳寿命呈现明显提升的趋势,当PCB厚度由1.2 mm增加到2.2 mm时,BGA焊点振动疲劳寿命N由45363大幅增加到557386;合理的芯片安装间距能够明显增加焊点振动疲劳寿命,特别是当芯片安装在靠近固定约束并处于两个约束对称中间位置时;当PCBA的第一阶固有频率位于随机振动谱最大幅值对应的频率区间时,BGA焊点的振动疲劳寿命会明显降低。     

Coarsening of the Sn-Pb solder microstructure in constitutive model-based predictions of solder joint thermal mechanical fatigue

An expression for the coarsening rate of the Pb-rich phase particles was determined through isothermal aging experiments and comparative literature data as:

Low-cycle fatigue failure behavior and life evaluation of lead-free solder joint under high temperature

In this study, low-cycle fatigue test was conducted for a lead-free solder joint at two test temperatures (348 K, 398 K) and three strain amplitudes (3%, 4%, and 8%). Fatigue failure behavior was analyzed and the fatigue life was evaluated using the Coffin–Manson relationship and Morrow energy-based model. The results show that the maximum load gradually drops with increasing the number of loading cycles. When the strain range or temperature is low, the maximum load drop curve can be divided into three stages. Then, it degrades into a linear stage with increasing the strain range or temperature. Both the softening of solder and the reduction of effective load-bearing area are responsible for the maximum load drop depending on the test condition. Fatigue crack initiates at the corner of the solder joint and propagates along the strain concentrated zone. Spacing distance between fatigue striations is enlarged with increasing the temperature in accordance with the degradation of fatigue resistance. In addition, both the Coffin–Manson model and Morrow energy-based model can be used to evaluate the fatigue life of solder joint under high temperature. The fatigue ductility exponent α in Coffin–Manson model and the fatigue ductility coefficient C in Morrow model are dependent on temperature, whereas other parameters in these two models keep stable under different temperature.     

无铅焊点在热疲劳和电迁移作用下的组织演变

研究了Cu/Sn-58Bi/Cu焊点接头在室温和55℃下通电过程中阴极和阳极界面处微观组织的演变,电流密度均采用104A/cm2。结果表明,室温条件下通电达到25 d,Bi原子由阴极向阳极发生了扩散迁移,在阳极界面处形成了厚度约22.4μm的均匀Bi层,而阴极出现了Sn的聚集。加载55℃通电2 d后,焊点发生了熔融,阴极界面处形成了厚度为34.3μm的扇贝状IMC,而阳极界面IMC的厚度仅为9.7μm。在IMC层和钎料基体之间形成了厚度约7.5μm的Bi层,它的形成阻碍了Sn原子向阳极界面的扩散迁移,进而阻碍了阳极界面IMC的生长,导致了异常极化效应的出现。     

SMT中焊点形状对焊点可靠性的影响

根据SMTSnPb焊料焊点在热疲劳过程中的受载特点,采用有限元方法,建立了用于预测该种类型焊点热疲劳寿命的数值模型,并借热疲劳试验验证了模型的有效性。结果表明:热疲劳试验中,焊盘(焊盘1)伸出较短的SMT焊点在1440~1680周期之间发生大量破坏,且其热疲劳寿命要低于焊盘(焊盘2)伸出较长的焊点,这与有限元模拟预测的寿命结果基本一致。进而采用该模型研究了焊点形状对其热疲劳寿命的影响规律,在一定条件下,其结果可应用于无铅焊料。     

低银无铅微互连焊点的振动疲劳行为研究

通过采用一系列与集成电路BGA(球栅阵列)、Flip Chip(倒装焊芯片)真实焊点体积接近的不同尺寸的典型“三明治”结构Sn0.3Ag0.7Cu低银无铅微互连焊点,基于动态力学分析的精密振动疲劳试验与微焊点疲劳断口形貌观察相结合的方法,研究了微焊点振动疲劳变形曲线的形成机制、裂纹萌生扩展与断裂机理、温度对振动疲劳行为的影响及微焊点振动疲劳行为的尺寸效应问题。结果表明,保持焊点直径恒定,随着焊点高度的减小,焊点的疲劳寿命增加,而疲劳断裂应变降低,同时焊点的疲劳断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂。     

焊点的质量与可靠性

主要介绍了Sn—Pb合金焊接点发生失效的各个失效阶段的各种表现形式，探讨发生失效的各种原因．如热应力与热冲击、金属的溶解、基板和元件过热、超声清洗的损害，以及如何在工艺上进行改进以改善焊点的可靠性，使焊点有良好的可靠性、不易损坏，能够承受变化的负载等，从而提高产品的质量。     

电迁移作用下的微焊点振动疲劳行为研究

研究了不同电迁移时间(0～96 h)和电流密度(0～1.52×104A/cm2)对Sn-3.0Ag-0.5Cu微焊点振动疲劳行为的影响.结果显示,在电迁移时间和电流密度均为0时,微焊点的振动疲劳循环次数大于1 170次,疲劳寿命大干234 min;而在125℃服役温度下,当振动频率为0.8 Hz,交变应力为0～20 M...     

低银无铅焊膏板级封装工艺和焊点可靠性试验

针对低Ag无铅焊膏的市场需求,研究开发了一种适用于99.0Sn0.3Ag0.7Cu低Ag无铅焊膏用松香型无卤素助焊剂(WTO—LF3000),配制了相应的无铅焊膏(WTO—LF3000—SAC0307),并对其板级封装工艺适应性及焊点可靠性进行了考察,用测试后样品的电气可靠性作为接头可靠性评价条件。结果表明:所开发的低Ag无铅焊膏熔点和润湿性符合产品实际要求。配制的焊膏印刷质量良好,焊点切片观察其孔隙率<25%,满足行业标准IPC—A—610D之要求。样品分别经跌落、震动和温度循环试验后,无焊点脱落等现象,电气功能正常。