PBGA无铅焊点应力应变数值模拟及寿命预测

本文对焊点材料为Sn3.8Ag0.7Cu的PBGA封装器件进行了3-维有限元数值模拟.以Aand统一粘塑性本构方程描述无铅焊点的粘塑性行为,研究了在温度循环载荷下焊点阵列等效应力和塑性应变的分布规律,找出了实体模型中最大应力和应变的焊点位置;分析了最大应变焊点的等效应力周期性变化和等效塑性应变累积的动特性曲线;基于Manson-Coffin焊点疲劳寿命模型,对关键焊点进行了寿命预测,疲劳寿命值为3.851×103循环周期.

PBGA器件固化残余应力的有限元分析

采用有限元分析软件模拟研究了PBGA器件在先固化再进行温度加载和直接从温度循环开始加载两种情况下,固化过程对 PBGA 器件的影响,发现固化过程不仅改变了器件中芯片的应力分布,而且劣化了 DA(环氧树脂)材料与芯片接触面的应力值,也同时使得 BT 材料基底中的应力分布产生较大的改变。并且对 DA 材料选用几种不同的固化时间,发现固化时间的不同对器件封装残余应力的大小和最大应力位置有重要的影响,这为预测芯片的垂直开裂的位置提供了很好的依据。

PBGA组件振动疲劳寿命的实验研究

为了得到在基频激励下PBGA封装的可靠度特性,设计制作了一块包含不同结构和材料参数的PBGA组件样品,利用可靠性实验的方法测试了PBGA组件在正弦单频激励条件下的疲劳特性,同时运用Manson-Coffin方程经验公式及雨流计数法得到了相对应的焊点疲劳寿命。最后利用疲劳统计中威布尔分布得到了当PBGA芯片位于PCB不同位置、不同激励时可靠度-循环失效圈数曲线(R-N曲线)。结果表明,大直径焊点芯片、分布在约束较多PCB上的芯片、无铅焊点芯片的焊点可靠度较高。

PBGA器件潮湿扩散和湿热应力的有限元分析

塑料封装器件暴露在一定的潮湿环境下将会吸收潮湿的现象已经得到广泛的认同。针对实际的PBGA器件,采用通用有限元软件分析和计算了器件在潮湿环境下的潮湿扩散。并且计算了由于吸潮使器件在高温下产生的湿热应力。有限元模拟计算表明,不同潮湿环境下器件的潮湿扩散状态是不一样的,这导致在其后的高温焊接过程中器件内部产生的湿热应力的不同。

PBGA封装热可靠性分析

对PBGA封装体建立了有限元数值模拟分析模型。模型采用无铅焊点,完全焊点阵列形式。研究了封装体在经历IPC9701标准下的五种不同温度循环加载后,受到的热应力、应变,以及可能的失效形式。结果表明,焊点是封装体结构失效的关键环节,焊点所受应力大小与焊点位置有关。比较了不同温度循环下封装体的疲劳寿命。其结果为提高封装体的可靠性和优化设计提供了理论依据。

不同结构参数下PBGA焊点的随机振动分析

利用ABAQUS有限元分析软件,对不同结构参数下PBGA焊点的随机振动响应进行了分析。结果表明:在随机振动载荷作用下,PBGA封装焊点的最大应力位于焊点阵列的拐角处,而且在靠近PCB板的一侧;焊点的最大应力值与焊点高度成正比,与焊点直径和焊点间距成反比;当焊点直径为0.66 mm、高度为0.6 mm、间距为1.27 mm时,焊点的最大应力达到最大值842.4 MPa。

PBGA组件的动态特性仿真与实验研究

为了得到振动条件下塑料球栅阵列封装(PBGA)芯片在PCB板上焊接位置以及PCB加固方式对动态特性的影响,设计制作了一块包含不同结构和材料参数的PBGA组件样品,首先采用ANSYS软件建立PCB组件的有限元模型,在建模过程中采用了简化PBGA结构和减少焊点数量的方法减小计算量,通过模拟计算得到了该组件样品在不同加固条件下的一阶频率与模态变形。然后结合模态实验的方法进行了不同边界条件下的动态测试分析。运用模态分析方法获得了各加固条件下的模态参数。最后以边四点加固方式为例,比较了仿真与试验的相互匹配性与差异性。分析结果表明:芯片分布在四点固定板上、增加约束数目、靠近约束点布片可以有效改善动态特性。

PBGA无铅焊点热可靠性优化研究

在田口实验法的基础上,采用非线性有限元建模,对温度循环载荷作用下的PBGA无铅焊点进行可靠性优化研究。L18(21×37)田口正交表被选用来分析PBGA封装体的8个控制因子,包括PCB的尺寸和厚度、基板的尺寸和厚度、焊点的直径和高度、芯片以及塑封的厚度。通过田口实验法,得出了关于PBGA最佳的结构参数组合,其中最重要的控制因子为基板厚度和焊点高度,最佳参数分别为0.66mm和0.60mm。

中红外激光晶体Dy:PbGa2S4的生长与器件制备

镝掺杂硫镓铅(Dy∶PbGa2S4,Dy∶PGS)晶体是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料。为推动该晶体的实用化研究,迫切需要制备出大尺寸高品质Dy∶PGS单晶。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成Dy∶PbGa2S4多晶,单次合成量达到230 g;首次采用竖直梯度冷凝法制备该晶体并成功生长出大尺寸高质量Dy∶PbGa2S4单晶,尺寸达到Φ27 mm×100 mm;通过切割和抛光等处理工艺,成功加工出Dy∶PbGa2S4晶体器件,为下一步的激光应用研究打下了坚实基础。

回流焊工艺中PBGA焊点失效研究

在PGBA封装中,焊点不仅提供机械支撑、电传导和热传导等作用,同时承受着电子设备的高温运行中,频繁的受热、机械、电载荷作用。因此,考虑到焊点质量直接关系到PGBA产品在实际应用中的可靠性,采用有限元方法研究了PBGA焊点在回流焊工艺中热应力、应变的分布规律,确定最大应力、应变位置,进而预测PBGA焊点结构失效危险点。结果表明,PBGA焊点最大应力、应变均出现在焊点与BGA、PCB连接面拐角位置,由此可知,PBGA拐角处焊点为结构失效危险点。

PBGA器件焊点成形建模与三维形态预测

应用最小能量原理和有限元方法 ,建立塑料球栅阵列 (PBGA:Plastic Ball Grid Array)器件焊点三维形态预测模型 ,对 PBGA焊点三维形态进行预测和分析 .并将预测结果与试验结果以及国外学者用数学分析模型所得到的预测结果进行了对比验证 。

冲击载荷下航天用PBGA焊点的优化设计

从动力学角度考虑PBGA焊点承受不同加速度情况下冲击载荷的情况,对PBGA焊点尺寸建立了正交设计表。运用有限元分析技术对该表中各种因素和水平分别进行有限元分析,运用数理统计对正交结果进行分析,在现有尺寸结构上提出了最优化设计。对各种因素进行了显著性分析及比较,得出在动力载荷下,焊点直径、高度等参数对焊点可靠性的影响比焊点位置参数对焊点可靠性的影响要低得多。在动力载荷下,焊点位置、形状变为可靠性设计的主要考虑因素。并通过扩大参数取值范围得到二次正交设计表验证了其正确性。

焊盘尺寸对PBGA组装板可靠性的影响

研究了焊盘尺寸对氮气再流焊ＰＢＧＡ组装板可靠性的影响。氮气保护再流焊炉内的氧含量可低至５×１０－５。对ＰＢＧＡ组装板的焊点进行了拉伸试验、弯曲疲劳试验以及热冲击疲劳试验。结果表明：经氮气保护再流焊组装的ＰＢＧＡ板其焊点的各项性能均比无保护的ＰＢＧＡ组装板好。当ＰＣＢ板焊盘直径等于ＰＢＧＡ基底焊盘直径时，其焊点有最好的性能。

PBGA中环氧模塑封装材料的热力学应力分析

本文采用有限元模拟的方法,对塑封焊球栅阵列PBGA的再回流焊接过程及其后的热循环进行了仿真,其中环氧模塑封装材料EMC采用了粘弹性和线弹性两种材料模式。仿真中主要对EMC再回流焊接过程产生的残余应力和热循环载荷下的热应力／应变进行了分析;也讨论了EMC材料模式对应力值的影响。结果表明:线弹性模式的EMC的应力值明显高于粘弹性模式的;在热循环载荷下EMC中应力水平并不高,但开裂应变却非常高,因此在EMC中很可能引发疲劳裂纹。

无铅PBGA用Sn-Pb焊膏焊接焊点失效分析

某典型航天电子产品印制板采用共晶Sn-Pb焊膏,无铅PBGA焊接,以此为研究对象,主要采用X射线检测、金相切片分析、扫描电子显微镜等一系列试验手段,研究分析PBGA焊点失效的机理与成因,检测结果表明,用共晶Sn-Pb焊膏焊接无铅BGA(球栅阵列封装)的可靠性和Sn-PbBGA的可靠性相当,试验用PCBA失效原因是PBGA焊球上焊膏与PCBA焊盘润湿性较差,焊膏与焊盘之间未形成良好的金属间合金层,其主要原因是PCB焊盘焊接性较差。

PBGA焊点开路失效原因分析及工艺改进措施

由于PBGA组件的焊点位于器件与PCB之间,焊点的检查和返修成本较高。控制PBGA组件焊点开路失效显得尤为重要。本文通过几个典型案例,总结分析了PBGA焊点开路的几种主要的失效原因,即:焊接浸润不良,PCB和PBGA的热稳定性差以及焊盘印刷焊膏量不足。对其失效机理进行了深入分析;在基础上,提出了工艺改进措施。

PBGA焊点热疲劳寿命的正交试验及回归分析

通过对ＰＢＧＡ焊点形态参数与焊点热疲劳寿命的正交试验，利用大型统计分析（ＳＰＳＳ）软件进行多元线性回归分析，建立起ＰＢＧＡ焊点高度固定、芯片在上焊点高度不固定及芯片在下焊点高度不固定三种不同工作条件下形态参数与热疲劳寿命之间的回归多项表达式，即ＰＢＧＡ焊点形态参数与热疲劳寿命的关系表达式。从而可以对ＰＢＧＡ焊点形态的热可靠性进行分析评价。

无铅PBGA用含铅焊膏焊接的工艺研究

以典型航天计算机复杂印制板为研究对象,采用共晶Sn-Pb焊膏,焊接焊球合金为Sn-Ag-Cu的塑封BGA。研究了最高温度240℃,液相线以上时间60～90s的无铅曲线以及最高温度215℃,液相线以上时间60～90s的传统有铅曲线下混合焊接的工艺性及焊点形态。试验发现用共晶Sn-Pb焊接Sn-Ag-CuBGA在工艺上是可行的,但是最高温度不要低于215℃,200℃以上时间高于70s。

非均匀分布双面SMT及PBGA焊后塌陷高度控制

为了将大型计算机内部的热量及时传导出去 ,需采用一种新型的散热器 ,并将印制板上的发热元件集中安放在某一面 ,因此要求严格控制PBGA焊后塌陷高度 ,以保证散热器的合理安装和紧密接触。此外 ,如何保证非均匀分布印制板双面焊接的可靠性 。

湿热环境下EMC尺寸对PBGA器件可靠性的影响

塑料封装器件由于湿热导致层间开裂是影响器件可靠性的关键问题之一。采用有限元分析软件模拟和计算了不同的模塑封材料(EMC)尺寸的PBGA(塑封焊球陈列)器件在358.15K、RH60%条件下吸潮168h和398.15K、RH0环境下干燥50h后器件内部的应力对界面可靠性的影响。结果表明,在吸潮情况下,EMC厚度为0.85mm的器件的界面可靠性最低,最大湿应力为0.528MPa;在干燥阶段,EMC厚度为1.25mm的器件的界面可靠性最高,最大湿应力仅为0.124MPa。