强冲击条件下MEMS封装可靠性有限元分析

在强冲击载荷(104g或更高,g为重力加速度)作用下,弹载微电子机械系统(Micro electro-mechanical system,MEMS)(如陀螺仪或加速度计)及电子器件的封装和互连结构失效是影响整弹可靠性及其任务成功性的重要因素.利用有限元建模和动态响应仿真分析方法对强冲击条件下板级微电子机械系统封装结构的可靠性问题及其影响因素进行研究.有限元动态响应分析方法针对MEMS陀螺仪的典型封装结构——无引脚芯片载体进行.分析过程中焊点材料选取更接近工程实际的双线性随动硬化材料模型,详细分析相关敏感因素对焊点互连结构可靠性的影响,并给出提高封装结构可靠性的工程设计建议.     

机载电子设备热力耦合仿真分析

机载电子设备结构复杂,工作环境恶劣,电子设备的温度变化会产生热应变,由于部件材料的热膨胀系数不同及相互间的约束导致各部件热应力不匹配会造成器件的失效。研究电子设备热力耦合仿真分析方法,对提高电子设备可靠性具有重要意义。针对机载电子设备模块建立了热力耦合仿真模型,进行了热力耦合仿真分析,并通过实验测试进行了验证,为今后分析机载电子设备的热失效机制、优化其结构、提高焊点等热敏部位的可靠性提供了有效的方法。     

微电子封装中焊点疲劳模型的现状和发展

在电子元件的设计和电子封装的可靠性评估中焊点的热-机械可靠性是一个关键的因素.已经有许多疲劳模型提出和发展用于分析焊点在热-机械疲劳载荷下的可靠性问题.对这些模型进行了回顾,并对它们的应用和局限性作出了评价.     

电子封装焊点可靠性及寿命预测方法

高功率、高密度、小型化是现代电子封装结构的基本特征，软焊料是电子封装中应用最广的连接材料，一个焊点的破坏往往导致整个封装结构的失效。软钎料的无铅化是目前发展的重要趋势。针对目前所开发的无铅焊料，文中介绍电子封装结构中焊点的破坏行为和焊点寿命预测的基本方法。     

基于多场耦合仿真的T/R组件封装结构设计研究

对大尺寸收/发（Transmit/Receive, T/R）组件封装需求,提出基于铝合金材料体系的封装形式。选用6063铝合金作为壳体,4A11材料作为盖板,匹配FR4基板进行封装。以热–结构多场耦合边界条件为基础,利用有限元算法模拟焊接工艺过程,有效评估了焊接过程对壳体变形的影响。同时,创新性地设计了可伐–铜异质连接器结构以解决壳体与传统气密连接器焊接失效问题,200次温度冲击实验后未出现漏气及结构失效,验证了该材料体系及封装结构的可靠性。     

基于原子浓度预测电迁移空洞位置的仿真分析

随着电子封装向高功率、高密度方向发展,互连结构面临着电迁移失效引发的器件可靠性问题。传统的仿真方法多数基于单个或者两个物理场进行的。以预测互连结构中空洞出现的位置为目标,采用有限元方法,提出一种综合考虑电场、温度场、应力场和原子浓度场完全耦合作用下获得互连结构中原子浓度的分布的仿真方法,预测原子浓度最小值处出现空洞。分别将该方法应用于互连引线结构和互连焊点结构,对比实验现象,验证了该仿真方法的准确性与可靠性,为集成电路设计的可靠性分析提供一种精准的预测方法,并提出失效判据。     

第三届上银优秀机械博士论文摘要选登

正论文名称:IC薄芯片拾取建模与控制研究论文作者:华中科技大学/彭波指导教师:熊有伦、尹周平《研究领域:电子制造装备技术、RFID技术与应用、复杂产品数字建模与精密测量、高速视觉、机器人运动规划、加工/测量一体化》IC芯片的无损精确操作与转移是电子封装的核心支撑技术之一,直接影响到电子器件封装成品的的最终性能、成本、小型化以及服役可靠性与寿命,特别在IC芯片薄型化的趋势下意义显著。论文对芯片拾取的剥离机理与失效评估、工艺控制和新型机构等关键问题进行了系统深入的研究,取得了一些理论与实验成果,主要研究工作和创新之处体现在:     

封装级MEMS器件的广义节点分析法

MEMS器件和封装的耦合作用会引入显著的封装效应,需要在优化设计时加以考虑.此类问题用常见的有限元法和节点分析法分析时分别会存在费时、不易集成和分布行为不易用集总节点量表示的困难.本文在常规节点分析法的基础上,提出了广义节点分析方法对封装级MEMS器件行为进行建模.通过引入节点物理量为函数的分布节点,结合柔度矩阵的建模方案和有限项近似的数学处理方法,使分布问题的求解过程更加简单清晰.利用该方法分析了芯片贴装后的MEMS双端固支梁的热致封装效应,验证了封装效应影响因素复杂和表现形式分布化的特点.最后讨论了该方法具有的使用简单、计算量小和利于模型重用的优点.     

复合量程加速度计在高过载环境下封装失效的研究

在高过载环境下,封装直接影响到加速度计的可靠性.从理论上对封装引起的加速度计失效进行了分析.采用ANSYS软件,对复合量程加速度计的封装进行设计与仿真,对设计结果进行试验验证.试验证明,该设计能够在高过载环境下有效的保护复合量程加速度计正常工作.     

跌落过程中焊点的有限元模拟

电子封装是连接电子系统和半导体芯片的一个纽带,焊球的破坏会导致整个封装结构的失效。随着便携式电子设备的不断普及,电子封装结构在跌落冲击过程中的可靠性逐渐成为研究的重点,建立了BGA封装跌落问题的三维有限元分析模型,模拟了水平自由跌落、垂直自由跌落和以任意角度自由跌落三种状态下PCB板的应变分布和焊球的应力应变情况,用以研究焊球的可靠性,并对三种不同跌落状况进行对比分析,模拟分析表明水平自由跌落状况最为危险,因此在真实跌落试验中建议采用此种跌落方式进行试验。