CALCULATION OF THREE－DIMENSIONAL SOLDER JOINT FORMATION IN MICROELECTRONIC SURFACE MOUNT TECHNOLOGY

A finite element analysis for calculating three-dimensional(3-D) solder joint shape between chip component and substrate pad was carried out, and the effects of solder volume and pad extension beyond the edge of component on solder joint shapes were investigated. The resonable design ranges of solder volume and pad extension have been put forward.

Finite element simulation for mechanical response of surface mounted solder joints under different temperature cycling

Nonlinear finite element simulation for mechanical response of surface mounted solder joint under different temperature cycling was carried out. Seven sets of parameters were used in order to evaluate the influence of temperature cycling profile parameters. The results show that temperature cycling history has significant effect on the stress response of the solder joint. Based on the concept of relative damage stress proposed by the authors, it is found that enough high temperature holding time is necessary for designing the temperature cycling profile in accelerated thermal fatigue test.

基于能量最小化的CCGA焊点形态仿真研究

为了确定某陶瓷柱栅阵列(CCGA)器件实现高焊接可靠性时的工艺参数组合范围,并研究焊点形态随不同参数变化的规律,以钎料润湿角、钎料体积以及焊柱偏移量作为关键变量因素,利用基于能量最小化原理的Surface Evolver软件,计算了不同因素水平组合下的实际焊点形态,并对参数化建模过程进行了详细介绍。通过对比形态结果与焊点可接收标准,寻找能够产生合格焊点的参量范围,为实际焊点微连接生产工艺提供合理的工艺指导。

PBGA焊点形态对疲劳寿命的影响

通过Surface Evolver软件预测了塑料球栅阵列(PBGA)焊点形态,将焊点形态结果导入Ansys软件中进行-55~125℃热循环仿真实验,通过Coffin-Masson模型预测焊点寿命。选取焊点钎料量、焊点高度、下焊盘直径作为影响焊点寿命的主要因素进行了3因素3水平正交实验,通过均值响应分析得到了影响凸点寿命的最敏感因素及最优形态尺寸组合。结果表明对焊点寿命影响最大的因素为下焊盘半径,其次是钎料量,最后是焊点高度,且上下等大的焊盘具有较好的可靠性。

基于随机振动过程应力分析的BGA焊点结构优化

建立了板级BGA(Ball Grid Array)焊点有限元分析模型,选取芯片高度、焊点直径、焊点高度、焊点间距作为设计变量,以焊点应力作为响应目标,分别采用田口正交及曲面响应法设计了25组不同水平组合的焊点模型并进行仿真计算,通过数理统计分析及回归分析对焊点结构参数进行了优化,获得了焊点应力最小结构参数最优水平组合.结果表明:在相同条件下,曲面响应优化的结果优于田口正交的结果;应力最小的焊点水平组合为焊点直径0.32 mm,焊点高度0.20 mm,焊点间距0.36 mm;最优水平组合等效应力值为0.3915 MPa,降低了0.65 MPa,实现了BGA焊点结构参数的优化.

热循环载荷下POP堆叠焊点应力分析与优化

建立叠层封装(packaging on packaging,POP)堆叠焊点有限元模型,基于ANAND本构方程,分析了热循环载荷下焊点应力分布状态及热疲劳寿命;基于灵敏度法分析了POP封装结构参数对焊点热应力的影响显著性;基于响应面法建立POP堆叠焊点热应力与结构参数的回归方程,并结合粒子群算法对结构参数进行了优化.结果表明,焊点与铜焊盘接触处应力最大,该处会率先产生裂纹,上层焊点高度和下层焊点高度对POP堆叠焊点热应力影响较为显著;最优结构参数水平组合为上层焊点高度0.35 mm、下层焊点高度0.28 mm、中层印刷电路板厚度0.26 mm,优化后上、下两层焊点的最大热应力分别下降了0.816和1.271 MPa,延长了POP堆叠焊点热疲劳寿命.

电迁移现象对PCBA焊点质量的影响研究

通过有限元仿真软件AnsysWorkbench分析印制电路板组件(PCBA)表面球栅阵列封装(BGA)器件焊点在电迁移条件下温度场、电场、应力场的分布情况并提取相关参数,确定在电迁移条件下危险焊点的位置。利用理论公共法,计算危险焊点的电迁移散度、迁移力等关键参数。采用生死单元法模拟空洞的动态形成过程,对BGA器件危险焊点的电迁移寿命进行计算,对照仿真结果开展寿命试验,验证了仿真寿命的有效性。

表贴片式元器件焊点质量控制工艺研究

本研究对表贴片式元器件焊点控制进行了详细介绍,分析焊膏印刷用网板厚度和常用片式元器件焊盘设计对焊点形态和焊点强度的影响。经过工艺试验,确定了网板厚度对焊点形态的影响,对后续产品生产过程中加工网板厚度提供理论依据。通过分析焊点剪切强度,得出所内常用片式元器件焊盘设计中优先选用各封装焊盘的设计参数,并给出了片式电容器焊盘设计原则。

电子电路中焊点的热疲劳裂纹扩展规律

采用试验方法研究表面贴装结构焊点在热疲劳过程中的疲劳裂纹扩展规律。试验研究中选用两种不同尺寸的焊盘及两种不同的钎料(包括传统的锡铅钎料和锡银铜无铅钎料SAC305),通过观测焊点截面上的裂纹萌生及扩展过程来研究焊点中的热疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明,在热疲劳过程中,焊点经历热疲劳裂纹萌生和扩展的两个不同阶段,其中裂纹萌生所占的时间比例较小。在热疲劳后期,裂纹贯穿整个焊点从而造成焊点结构失效。研究发现,焊点结构失效过程中存在着两种不同的裂纹扩展模式,并且锡铅钎料焊点和SAC305无铅钎料焊点的裂纹扩展规律表现出明显的差异。另外研究还发现,当焊盘尺寸较小时,焊点的抗热疲劳性能相对较差;SAC305无铅钎料焊点的抗热疲劳性能优于传统锡铅钎料焊点。

片式元件与基板间隙对无铅焊点可靠性的影响

采用非线性有限元方法，讨论了片式元件与基板的间隙对Sn-2，5Ag-0．7Cu无铅钎料焊点的应力分布和热疲劳寿命的影响。结果表明，当间隙高度为0．1-0．2mm时，焊点薄弱处——元件底部拐角处、焊根的顶部和底部以及焊趾项部具有较低的应力，此时预测得到焊点的热疲劳寿命也最长。这一结果对于焊点几何形态的设计及优化具有指导意义。

基于焊点虚拟成形技术的SMT焊点质量保证技术研究

基于焊点形态理论和焊点虚拟成形技术的表面组装技术焊点质量检测与控制技术的基本思想是,将利用图像获取及处理技术得到的实际焊点形态,与通过焊点虚拟成形技术形成的合理焊点形态进行比较,根据比较的差异,通过智能鉴别得出实际焊点组装故障的类型与产生主因,然后形成调整组装工艺参数的反馈信息对相关组装工艺进行调整控制,以达到提高和保证焊点组装质量的目的。在阐述其基本思想和原理的基础上,结合实例介绍了该技术的实现方法与步骤,对其中焊点图像的获取与处理、焊点质量的分析评价等主要内容与关键技术进行了研究和探讨,并对结果进行了分析验证。

时效对SnCuSb/Cu钎焊接头抗剪强度与断口特征的影响

研究了150℃时效对Sn-0.7Cu-xSb/Cu(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)钎焊接头抗剪强度和断口特征的影响.结果表明,随着Sb元素含量的增加,钎焊接头的抗剪强度升高;接头抗剪强度随时效时间的增加而明显降低.接头剪切断裂的位置是在钎料上,也出现在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间.对于焊后态试样,其断裂位置在钎料上的情况占绝大部分,断口上分布有大量韧窝,断裂类型主要是韧性断裂.随时效时间的增加,接头的断裂位置向钎料与界面化合物各占一半过渡.时效500h,断口处已经可以看到Cu3Sn的存在,断口已经由韧性转变为脆性.

PCB焊点表面三维质量检测方法

为了提高炉后印刷电路板（PCB）焊点质量检测过程的效率、精确度和可靠性,提出了一种单目视觉三维检测方法。首先对已知高度的焊锡表面进行灰度标定,并通过实验获取焊锡材质的相关参数;然后基于建立的光照反射模型推导出高度计算方程,结合标定所得参数,计算初始点的高度;最后基于高度计算方程逐像素迭加获取焊点表面的高度信息,还原焊点表面三维形貌。基于所提方法进行实验表明,电容焊点最长检测时长均小于0.5 s,集成电路焊点最长检测时长均小于1.5 s;与激光三角法的测量结果比较发现,在相同位置采样的实际高度范围为0.436~1.601 mm的10组测量点中,其最大误差为0.119 mm,与实际高度的偏差小于±4%,测量精度达到0.12 mm级别。实验分析结果验证了方法的有效性。

基于小波包变换与自适应阈值的SMT焊点图像去噪

为提高表面组装技术焊点图像去噪效果,提出一种基于小波包变换和自适应阈值的焊点图像噪声去除新方法.利用小波包变换对图像进行多层分解,通过对图像小波包树系数的分析,对小波包树系数高频部分和低频部分进行Wiener滤波;为提高去噪性能,通过计算小波包系数对应的中值绝对方差估计,提出一种改进的自适应小波包阀值算法,并对图像进行第二次去噪;最后采用中值滤波对图像进行平滑处理,得到最终的去噪图像.结果表明,与传统方法相比,所提出的算法不仅能提高去噪性能和去噪效果,而且能很好的保留表面组装技术焊点图像边缘信息.

回流焊接温度曲线对焊点形状影响的实验研究

通过表面贴装实验研究了实际工况下焊点的形状,并分析回流焊接曲线对Sn37Pb和Sn3.0Ag0.5Cu焊点形状的影响。实验设定锡铅回流焊接曲线三条和无铅回流焊接曲线两条,对PCB板-焊料球-PCB板组成的简易封装器件进行了回流焊接,并对焊接得到的焊点高度、直径等形状参数进行了统计分析。结果表明:回流焊接得到的焊点并非为大多数文献中假设的规则形状,由于重力和表面张力的影响,焊点的最大直径处于焊点中部偏下的位置;回流曲线不同,焊接得到的焊点形状也存在着较大的差异;回流曲线的加热因子越小,焊接得到的焊点的高度越高,直径越小。

面向完整传输路径的BGA焊点信号完整性分析及优化

建立了基于BGA(ball grid array)焊点的完整传输路径的HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对完整传输路径在高频条件下的信号完整性问题进行了分析,得到了其回波损耗仿真结果,以及焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸对回波损耗的影响.并以焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸为设计参数,以完整传输路径6 GHz下的回波损耗作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对仿真计算所得的17组完整传输路径回波损耗与BGA焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化,得到完整传输路径回波损耗最小的BGA焊点组合参数为焊点最大径向尺寸1.05 mm,焊点高度0.75 mm,焊盘直径0.65 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了完整传输路径中BGA焊点的结构优化.

基于SFS原理的SMT焊点表面三维重构技术研究

基于明暗重构形状原理重构表面组装焊点的表面三维形状过程是:先通过图像采集设备,采集到SMT焊点图像,使用相关的图像处理技术,对SMT焊点图像进行处理;根据一个确定的反射模型建立物体表面形状与图像亮度之间的约束关系和物体表面形状的先验知识建立物体表面形状参数的约束关系,然后对这些约束关系联立求解,可得到物体表面的三维形状。同时针对不可接受SMT焊点图像重构出的三维图像不够理想的缺点进行了改进。在阐述其基本思想和原理的基础上,结合实例介绍了该技术的实现方法与步骤,对其中焊点图像的获取与处理、焊点三维重构技术算法等主要内容与关键技术进行了研究和探讨,并对结果进行了分析验证。

SMT炉后晶体管类元件无铅焊点的自动光学检测算法

基于3CCD彩色相机和3色(红、绿、蓝)LED阵列环形结构光源获取的无铅焊点图像,其图像的颜色分布反映焊点的三维特征.通过分析晶体管类元件的无铅焊点图像,提取出无铅焊点的区域特征、数字特征和逻辑特征;在这些特征的基础上,设计了一种检测炉后晶体管类元件无铅焊点的自动光学检测(AOI)算法.该算法提取的特征较全面地反映了无铅焊点的信息,适用于表面贴装技术(SMT)炉后晶体管类元件无铅焊点的检测.结果表明,此算法可有效地检测多锡、少锡、无锡、假焊、偏移、桥接、缺件等晶体管类元件常见的无铅焊点缺陷.

印刷电路板无铅焊点假焊的检测

通过分析由三色LED环形结构光源和3-CCD彩色相机获取的印刷电路板(PCB)焊点图像特征,设计了一种PCB无铅焊点假焊的检测方法,以提高自动光学检测系统检测焊点质量的准确率,降低误判。该方法通过对焊点及其元器件的定位,采用重心法检测假焊;根据焊点及元器件的边缘确定焊点区域及元器件区域,采用面积法二次检测假焊;最后,采用提出的色彩梯度法,检测剩余的假焊焊点。基于以上三步骤,实现对整张PCB焊点假焊的检测。实验结果表明,采用重心法、面积法及色彩梯度法相结合的方法,可检测出PCB焊点的假焊,检测准确率为99.2%。

SMT建模仿真研究现状及发展

概述了SMT再流焊工艺过程、所用组装件以及形成的焊点3方面的仿真进展,充分展现了计算机模拟在再流焊研究中的重要作用。