塑封球栅阵列焊点热疲劳寿命预测有限元方法

选取典型的塑封球栅阵列封装器件,将其建模为由封装外壳、硅芯片和基板组成的三层结构,采用粘塑性材料模式描述锡铅钎料的力学本构关系,建立器件的三维有限元模型,通过有限元仿真得到焊点的应力应变分布云图、应力应变回线及关键焊点的应变范围,最后根据基于应变的Engelmaier疲劳模型预测塑封球栅阵列焊点的寿命。结果表明,在热循环条件下,塑封球栅阵列封装器件的关键焊点的位置位于器件芯片边缘的正下方,并不位于最边缘的焊点处,为改进塑封球栅阵列焊点的热疲劳可靠性提供了依据。

热冲击条件下1.27mm引脚间距塑封球栅阵列器件焊点可靠性测试与分析

通过热冲击试验对1.27 mm引脚间距塑封球栅阵列(PBGA)器件焊点可靠性进行了测试与分析。选取钢网厚度、芯片配重、焊盘直径三个影响焊点可靠性的关键因素设计了多种不同工艺参数组合的PBGA测试样件,对样件进行了可靠性热冲击试验。对试验结果数据所进行的极差分析和方差分析以及对焊点寿命威布尔分布的计算表明,钢网厚度对PBGA焊点可靠性有显著的影响;最优工艺参数组合为钢网厚度0.15 mm、焊盘直径0.73 mm、芯片配重18.054 7 g;PBGA测试样件寿命服从形状参数为0.85,尺度参数为6 254.88的威布尔分布。

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,疲劳寿命模型预测结果与实验结果吻合较好,该方法可应用于PBGA封装焊点在随机振动载荷下的疲劳寿命评估,为PBGA封装器件的设计与使用提供指导。

热、振及热振耦合条件下塑封球栅阵列含铅焊点失效分析

对塑封球栅阵列封装器件进行了热循环、随机振动以及热振耦合试验,在3种试验条件下测试Sn37Pb焊点的寿命,并对3种载荷条件下失效焊点位置的分布规律以及焊点的失效模式进行对比分析.结果表明,塑封球栅阵列封装焊点在热振耦合试验中的寿命明显小于热循环以及随机振动试验的寿命结果.热循环、随机振动条件下越靠近测试板中心位置,器件的焊点越容易发生破坏,而热振耦合试验中不同位置上器件的失效焊点数比较接近.此外,热循环条件下破坏模式主要表现为钎料内部的韧性断裂,随机振动条件下主要为界面金属间化合物层内的脆性断裂,而热振耦合条件下这两种破坏模式均有发生.

基于稳健设计的PBGA器件焊点热机械疲劳可靠性的优化设计

基于稳健设计与有限元法,研究了加速热循环测试条件下塑封球栅阵列（PBGA）焊点的热机械疲劳可靠性.考虑PCB大小（A）、基板厚度（D）、芯片热膨胀系数（G）、焊点热膨胀系数（H）等八个控制因素,使用L18（2^1×3^7）混合正交表,以对焊点热机械疲劳寿命的考核为目标,对PBGA焊点进行了优化设计.结果表明,影响焊点可靠性的显著性因素依次是基板热膨胀系数、焊点的热膨胀系数、基板厚度、芯片的热膨胀系数;最优方案组合为A182C3D1E2F1G3H1.进一步的验证试验结果表明,与原始方案相比,该优化方案的最大等效应变降低了66%,信噪比提高了22.4%.

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。

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array,BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加载条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响。研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命。

基于多元线性回归的PBGA可靠性灵敏度分析

基于全局灵敏度分析方法,研究了塑封球栅阵列(PBGA)的热机械疲劳可靠性,得出对PBGA热机械疲劳寿命影响较大的设计参数。利用正交试验法,建立BT基板弹性模量、PCB弹性模量和焊球半径不同水平组合下的PBAG有限元模型,并对其进行热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测。基于多元线性回归法,建立PBGA寿命与关键设计参数的函数关系,并对该方程的预测效果进行验证。结果表明预测结果可信。

PBGA封装的热应力与湿热应力分析比较

塑封球栅平面阵列封装作为一种微电子封装结构形式得到了广泛的应用。本文采用有限元软件分析和计算了在潮湿环境下塑封球栅平面阵列封装的潮湿扩散分布，进而分别模拟计算了它的热应力与湿热应力，并且加以分析比较。