底充胶叠层PBGA无铅焊点随机振动应力应变分析

建立了底充胶叠层塑料球栅阵列(plastic ball grid array,PBGA)无铅焊点三维有限元分析模型,研究了PBGA结构方式、焊点材料、底充胶弹性模量和密度对叠层无铅焊点随机振动应力应变的影响.结果表明,底充胶可有效降低焊点内的随机振动应力应变;在其它条件相同下,对于Sn95.5Ag3.8Cu0.7,Sn96.5Ag3Cu0.5,Sn-3.5Ag和Sn63Pb37这四种焊料,采用Sn-3.5Ag的底充胶叠层焊点内的随机振动最大应力应变最小,采用Sn96.5Ag3Cu 0.5的焊点内的最大应力应变最大;随着底充胶弹性模量的增大,叠层无铅内的随机振动应力应变值相应减小;随着底充胶密度的增大,叠层无铅内的随机振动应力应变值相应增大.

光互连模块关键位置焊后对准偏移分析

建立了光互连模块三维有限元分析模型,对其进行了再流焊温度载荷下的有限元分析,获取了光互连模块关键位置处垂直腔面发射激光器(VCSEL,Vertical Cavity Surface Emitting Laser)发光中心点与耦合元件耦合中心点间的焊后对准偏移值;对光互连模块关键位置焊后对准偏移影响因子进行单因子分析,结果表明:所选取的焊球材料中,焊料63Sn37Pb对应的光互连模块关键位置焊后对准偏移值最小;所选取的焊球体积范围内,随着焊球体积增加,光互连模块关键位置焊后对准偏移逐渐增大。

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.

3D-TSV互连结构随机振动加载应力分析

建立了三维硅通孔(three-dimension through silicon via,3D-TSV)互连结构有限元分析模型,对该模型进行了随机振动加载有限元分析.选取TSV高度、TSV直径、微凸点高度和微凸点直径四个结构参数作为关键因素,采用水平正交表L16(45)设计了16种不同结构参数的3D-TSV互连结构,获取了这16种3D-TSV互连结构随机振动应力数据并进行了方差分析.结果表明,在置信度为99%的情况下,TSV高度对3D-TSV互连结构随机振动应力有显著影响,因素显著性的排序由大到小为TSV高度最大,其次为TSV直径,再次为微凸点直径,最后是微凸点高度;单因子变量分析表明,TSV互连结构应力应变随TSV高度的增加而增大.

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.

柔性凸点热-结构耦合应力应变有限元分析

建立了芯片尺寸封装焊点的柔性凸点三维有限元分析(FEA)模型,对该模型进行了热-结构耦合有限元分析,研究了热-结构耦合条件下柔性凸点温度场和应力应变的分布规律,对比了有无柔性层结构的凸点内应力应变的大小,分析了柔性层厚度、上下焊盘直径对柔性凸点应力应变的影响。结果表明:柔性层结构有效降低了凸点内的应力应变;随着柔性层厚度的增加,凸点内最大应力应变减小;随上焊盘和下焊盘直径的增加,凸点内最大应力应变的变化无明显规律。

基于正交设计的硅通孔信号完整性分析

针对硅通孔(Through Silicon Via;TSV)高度、直径和绝缘层厚度三个结构参数建立了25种不同水平组合的HFSS仿真模型,获取了这25种TSV的回波损耗和插入损耗并进行了方差分析。结果表明:随信号频率升高,TSV最大表面电场强度和插入损耗减小而回波损耗增大;在置信度为99%时,TSV高度是影响回波损耗和插入损耗的显著性因素;TSV直径和绝缘层厚度对回波损耗和插入损耗影响均不显著;TSV高度对回波损耗和插入损耗影响最大,其次是TSV直径,最后是绝缘层厚度。