基于数值模拟的多圈QFN封装热疲劳可靠性试验设计方法

提出一种基于数值模拟的试验设计方法,研究材料属性和几何结构对多圈四边扁平无引脚(Quad flat no-lead,QFN)封装热疲劳寿命的影响,并进行最优因子的组合设计,以提升热疲劳可靠性。采用Anand黏塑性本构模型描述无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu的力学行为,建立三维有限元模型分析焊点在温度循环过程中的应力应变,采用Coffin-Manson寿命预测模型计算多圈QFN封装的热疲劳寿命。采用Taguchi试验设计(Design of experiment,DOE)方法建立L27(38)正交试验表进行最优因子的组合设计。采用有限元分析方法对最优因子组合设计结果进行验证。结果表明,印制电路板(Printed circuit board,PCB)的热膨胀系数、焊点的高度和塑封料的热膨胀系数对热疲劳寿命的影响最为显著;初始设计情况下多圈QFN封装的热疲劳寿命为767次;最优因子组合设计情况下的热疲劳寿命提高到4 165次,为初始设计情况下的5.43倍。