无铅焊接技术及其应用设计

对无铅焊接技术的产生背景、国内外发展现状,以及由于焊接温度、焊点外观、金相组织等变化而带来的问题及其解决方法和途径,影响应用的有关因素等进行了探讨.对无铅焊接技术应用中的无铅焊料选择、元器件选定、印制电路板(PCB)应用设计、再流焊温度曲线改善、氮气保护再流焊、工艺控制与优化等进行了具体分析和研究.     

热循环加载条件下焊点形态参数对板级光互连模块对准偏移影响分析

建立光互连模块有限元分析模型并进行热循环加载有限元分析,获取了垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)与耦合元件间的位置偏移;采用正交实验设计法设计了不同焊点结构参数组合并建立有限元模型,计算相应焊点形态参数组合下的位置偏移数据并进行方差分析.结果表明:在一个热循环周期内低温保温结束时刻位置偏移最大;外端光通道的位置偏移比中间光通道的偏移值大;在置信度为95%时VCSEL焊点高度对对准偏移具有显著影响,因素显著性排序由大到小依次为:VCSEL焊点高度、陶瓷基板焊点高度、VCSEL焊点体积和陶瓷基板焊点体积;单因子变量分析表明,位置偏移随VCSEL焊点高度增加而增大.     

基于热-结构耦合的叠层金凸点应力分析

建立了叠层金凸点三维有限元分析模型,通过Isight软件对该模型进行了热-结构耦合分析,获取了热-结构耦合条件下叠层金凸点等效应力的分布规律,分析了叠层金凸点结构尺寸变化对应力的影响,通过方差分析获得了下层凸点直径、下层凸点高度、上层凸点直径、上层凸点高度因素对应力影响的显著性.结果表明,最大应力点都出现于远端角落处的凸点,随着凸点高度的增加,最大应力值逐渐减小.在置信度为90%的情况下,下层凸点直径对应力有显著影响,因素显著性排序为,下层凸点直径最大,其次为上层凸点直径,再次为下层凸点高度,最后是上层凸点高度.     

UBM凸点互连结构信号完整性分析

建立了凸点下金属层(under bump metallization,UBM)和凸点互连结构仿真分析模型,基于HFSS软件对其高频条件下的信号完整性进行了研究.得到了UBM凸点互连结构表面电场强度分布,分析了UBM各层厚度及不同材料组合变化对UBM凸点互连结构信号完整性的影响.结果表明,不同信号频率下电场强度在凸点及UBM各层表面分布不均匀,越接近UBM顶端电场强度越大;随信号频率的提高,UBM凸点互连结构的回波损耗增大而插入损耗减小;随镍层厚度、铜层厚度和钛层厚度的增加插入损耗减小;采用Ti-Wu-Au组合UBM凸点互连结构的信号完整性最好,Ti-Cu-Ni组合次之,而Cr-Ni-Au组合最差.     

基于正交设计的WLCSP柔性无铅焊点随机激励应力应变分析

对晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip scale package, WLCSP)柔性无铅焊点进行了随机振动应力应变有限元分析. 以1号柔性层厚度、2号柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径四个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了16种不同结构参数组合的柔性焊点,获取了16组应力数据并进行了方差分析. 结果表明:焊点内最大应力应变随1号柔性层厚度和2号柔性层厚度的增加而减小;在置信度99%时,下焊盘直径和上焊盘直径对应力具有高度显著影响,在置信度95%时1号柔性层厚度和2号柔性层厚度对应力具有显著影响;各因素对应力影响排序为:下焊盘直径影响最大,其次是上焊盘直径,再次是1号柔性层厚度,最后是2号柔性层厚度.     

微光机电系统封装芯片粘结剂层温度循环应力应变分析

对微光机电系统(micro optical electro mechanical systems,MOEMS)芯片粘结剂层进行了温度循环应力应变有限元分析. 以粘结剂厚度、溢出高度和溢出宽度三个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了25种不同水平组合的粘结剂层,获取了25组应力应变数据并进行方差分析. 结果表明,在置信度95%时,粘结层厚度和溢出宽度对应力有显著影响;粘结层厚度对应变有显著影响;各因素对应力应变影响排序为:粘结层厚度影响最大,其次是溢出宽度,最后是溢出高度;粘结剂层内最大应力应变随粘结剂层厚度和溢出宽度的增加而减小.     

刚挠背板动力学仿真与焊点可靠性研究

根据通信设备中刚挠背板互联结构,建立了有限元模型。采用两种约束方案,通过模态分析获得其固有频率和振型;通过随机振动分析,获得其应力应变;根据Coffin-Manson经验公式,结合三带技术建立了互联焊点的振动疲劳寿命预测模型,并计算了其疲劳损伤。结果表明:备用状态下互联结构的一阶固有频率为141Hz,工作状态下为988Hz;随机振动负载条件下刚挠结合部位及焊点与刚性背板连接区为应力集中区;对备用状态下互联结构施加z方向激励,焊点的疲劳损伤最大。     

BLP器件焊点三维形态建模与预测

基于最小能量原理和焊点形态理论，建立了BLP（Bottom Leaded Plastic，底部引线塑料封装）器件焊点三维形态预测模型，运用该模型分析了不同的钎料体积和不同的焊盘宽度两种工艺参数下的BLP焊点三维形态；研究结果表明钎料体积、焊盘宽度对BLP焊点三维形态有显著的影响。     

基于回归分析和遗传算法的BGA焊点功率载荷热应力分析与优化

建立了球栅阵列BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,选取焊点高度、焊点最大径向尺寸、上焊盘直径和下焊盘直径作为设计变量,以焊点应力作为目标值,采用响应曲面法设计了29组不同水平组合的焊点模型并建模进行仿真计算,建立了焊点应力与结构参数的回归方程,基于回归方程结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化,获得了焊点应力最小的结构参数最优水平组合.结果表明：对于无铅焊料SAC387,焊点应力随焊点的高度增加而减小,随最大径向尺寸的减小而减小;应力最小的焊点水平组合为：焊点高度0.38mm、最大径向尺寸0.42mm、上焊盘直径0.34mm和下焊盘直径0.35mm;对最优水平组合仿真验证表明优化后焊点最大应力下降了4.66MPa,实现了BGA焊点的结构优化.