弹上电子产品加固防护可靠性分析研究

提出一种弹上电子产品球栅阵列封装元器件的新型加固防护工艺方法,对使用不同加固防护方法的电子产品进行了随机振动试验与有限元仿真分析,研究对球栅阵列封装(BGA)元器件焊点可靠性的影响;采用Steinberg疲劳寿命模型分析焊点的疲劳寿命。研究表明,纳米疏水剂、四角点胶配合3D打印壳体封装的组合新型弹上电子产品加固防护方法能有效提升产品可靠性。

陶瓷封装球栅阵列焊点失效机理研究

研究了陶瓷封装球栅阵列(CBGA)的焊点在长期使用后开裂的失效机理,提出了改善此类元器件焊点可靠性的有效措施。通过X-ray分析、显微剖切、扫描电镜和能谱分析(SEM&EDS)等手段,研究分析了CBGA封装器件焊点失效的机理与成因;基于失效机理,提出了针对性的改善措施,并验证了相关措施的有效性。研究结果表明,由于CBGA器件本体与印制板之间存在较大的热膨胀系数差异,导致焊点在长期使用后出现了热疲劳开裂失效,通过更换焊球类型以增加焊点高度可以显著地改善焊点的可靠性。

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。

陶瓷球栅阵列封装元器件工艺装联适应性验证方法

针对陶瓷球栅阵列封装(CBGA)元器件,设计了一套完整的工艺装联适应性的验证流程与方法,并将该方法在一款CBGA器件中进行了应用。通过开展CBGA元器件工艺装联适应性验证,有效地识别了该款电子元器件在温度循环应力下存在的焊点开裂风险。该焊点开裂主要是由于元器件本体与印刷电路板(PCB)之间的热膨胀系数存在差异,在温度交替变化的环境中,焊点受到热机械疲劳应力作用从而发生开裂。该问题可以通过对CBGA器件进行点胶加固或采用柱栅阵列封装(CCGA)进行有效改善。

八角型螺栓球节点研发、配件标准编制和工程应用

高强度螺栓的“假拧”是螺栓球节点空间网格结构普遍存在的安全隐患及事故诱因之一。为此,提出一种空间网格结构用八角型螺栓球节点,并对其进行系统研发。介绍了该节点的组成、安装机理和主要优点。基于对该节点的研发成果,编制发布了其关键配件的产品标准——《螺栓球节点用八角型高强度螺栓和套筒》(T/CSCS011—2021),对该标准的主要编制思路和要点进行了介绍。最后介绍了该节点在珠海机场二号航站楼指廊屋盖网架中的应用情况,对采用该节点的网架和采用焊接球节点的网架进行了对比分析,结果表明,两种节点形式网架的力学性能和设计指标基本相当,八角型螺栓球节点网架的经济性更好。上述标准和节点的首次工程应用为该节点的推广奠定了良好基础。

面向广义Chiplet的高速BGA与PCB传输结构设计

从广义Chiplet互连设计出发,重点研究BGA区域孔串扰分析方法和优化措施。提出以单元阵列孔建模计算作为全芯片BGA区域孔串扰评估方式,进一步根据不同布线层互连分析需求构建了多层扇出的孔建模平台。单元阵列孔建模分析结果和多层扇出孔阵建模分析结果相互印证,说明以单元阵列作为串扰评估最小单元是准确的,多层扇出孔阵建模方式是高效可行的。采用多层扇出孔阵建模平台对2种BGA封装管脚对应的PCB孔串扰进行了对比分析。结果显示,在封装管脚设计时,提高邻近信号孔间距与邻近信号孔地孔间距比例比增加地孔数量和管脚间距更能有效地抑制串扰。

一种基于倒装芯片的超宽带BGA封装差分传输结构

随着高速数字电路和射频微波电路对时钟频率和带宽的要求越来越高,差分传输结构因其优良的噪声抑制和抗干扰性能而受到越来越多的重视。提出了一种基于倒装芯片的超宽带球栅阵列(BGA)封装差分传输结构。整体传输结构包括采用陶瓷材料制作的倒装芯片用基板、BGA封装焊球和印制电路板(PCB)。主要分析了差分垂直传输结构的尺寸参数对阻抗和截止频率的影响,并利用阶梯过孔减小阻抗不连续性。整体结构的传输性能通过矢量网络分析仪测试的散射参数来表征。测试与仿真结果具有较好的一致性,在DC~60 GHz频段,差分传输结构的回波损耗≤-15 dB,插入损耗优于-1 dB,为超宽带倒装芯片的封装设计提供参考。

染色与渗透试验在BGA焊点质量分析中的应用

在高密度组装焊点的质量评价中,染色与渗透试验不仅简单高效、易于操作,且反馈信息最为全面。基于标准测试方法,阐述了染色与渗透试验的基本原理及操作方法,并基于失效模式典型案例分析的方式,系统研究了染色与渗透试验中球栅阵列封装(BGA)焊点常见质量缺陷的具体表现形式及其产生机理,以期为可靠性分析工程师在实际测试中提供技术参考。

大跨度错层多曲面焊接球钢网架施工技术研究

大跨度错层多曲面焊接球钢网架的一般施工过程包括:首先根据已有的施工图纸进行放线定位,确定球件控制点;然后搭建支撑架体,开展焊接球以及网架杆件的安装;复核安装完成的钢网架满足设计形态后,根据施工模拟结果设置钢网架的提升吊点;提升前对焊缝进行检验,并在施工过程中开展位移和挠度监测,确保钢网架整体提升安全性。监测结果显示,实际网架施工符合设计方案要求,从而说明所采用的施工技术,能够满足大跨度错层多曲面焊接球钢网架施工需求。

BGA焊点微裂纹缺陷检测研究

球栅阵列封装(BGA)元器件的焊点隐藏于IC芯片底部,经电装后仅边缘焊点可见,因此检验其焊接质量是行业普遍的难题。探讨了BGA焊点微裂纹缺陷的产生机理和裂纹分布,设计了基于计算机分层层析成像(CL)技术的BGA焊点微裂纹缺陷检测方法和检测流程。经实测证明,该测试方法可以兼顾检测质量和效率,具有工程应用的可行性,可为BGA焊点检验人员提供参考。

不同因素对倒装芯片球栅格阵列多阶盲孔可靠性的影响

[目的]倒装芯片球栅格阵列(FC-BGA)产品广泛应用于电脑、服务器等的中央处理器(CPU)或图形处理器(GPU),其可靠性非常重要。[方法]以多阶FC-BGA产品为载体,设计专用的通盲孔孔链科邦(简称R-shift科邦),以R-shift科邦在冷热冲击测试(thermal stress test,简称TST)不同周期后的电阻变化率和截面形貌为指标来探究不同因素对多阶盲孔可靠性的影响,结合热应力和热应变仿真分析来探讨多阶盲孔的失效机制。[结果]ABF材料、盲孔叠孔数量及盲孔孔径是影响FC-BGA产品可靠性的关键因素。电镀通孔(PTH)的孔壁粗糙度和层压前处理微蚀量对FC-BGA产品可靠性的影响不大。不同叠层在冷热冲击过程中所受的热应力和热应变不同,盲孔叠孔中心受到的热应力和热应变最大,孔底最容易发生开裂,导致FC-BGA产品失效。[结论]本文的研究结果对FC-BGA产品的设计和加工管控具有一定的指导意义。

超高重型大跨度室内滑雪场钢屋盖建造技术

网架作为一种空间杆系结构,因其具有整体性和稳定性好、空间刚度大和抗震性能好的优点而被广泛应用在大跨度结构中。常规的网架安装方法主要有整体提升法、高空滑移法、分条吊装法及高空散装法等。但超高重型焊接球网架不同于一般螺栓球网架,其跨度及可承受的荷载更大,对应的施工安装难度及安全风险更高,如果仅采用单种常规安装方法,很难高效、顺利地实现结构成型。以上海临港冰雪之星项目室内滑雪场钢屋盖为背景,着重介绍“原位原姿态拼装后分块整体提升”的安装技术路线及对应施工过程分析和改进措施,并通过对胎架拼装、提升控制及卸载等关键工序的研究,为今后类似大跨度钢结构屋盖安装的施工方案提供参考。

一种带热沉结构的100Gbps高速差分BGA一体化封装外壳

为满足高速芯片对高密度封装、高速传输性能、高散热以及高可靠性的综合要求,基于低温共烧陶瓷(LTCC),研究了一款带热沉结构的高速差分球栅阵列(BGA)一体化封装外壳。该BGA外壳集成了20路高速信号传输通路,具有高密度和高集成的特点。分析了高速传输路径中水平转垂直结构时节距改变引入的失配问题,采用了分叉结构处过渡优化布线方案。通过对键合丝进行阻抗匹配设计,降低了键合指端头尺寸较小时键合丝引入的电感-电容效应,实现单个通路射频(RF)性能在DC~67 GHz满足回波损耗≤-12 dB,可支持单通道100 Gbps PAM4信号传输。通过设置通腔结构焊接钼铜热沉,使芯片与热沉直接接触,并将热沉与BGA焊盘置于不同侧,可在不影响二级装配的同时满足大功率芯片散热需求,解决了LTCC陶瓷散热不足的问题。采用下沉式封口区,在实现气密性封装的同时避免盖板与焊球干涉。

环境应力影响下球栅阵列封装焊球仿真分析与力学性能研究

高密度、高性能集成电路主要封装技术采用球栅阵列封装(ball grid array,BGA),其高密度Sn-Pb焊球在极端高、低温及湿热环境的影响下可靠性无法保证。为解决温度变化产生的热膨胀问题,笔者通过有限元仿真计算BGA电路中焊球在高、低温交替循环应力下瞬态黏塑性应变范围,并采用改进的Coffin-Manson经验方程计算器件在温度循环试验下的热疲劳寿命;此外,进一步采用准静态剪切和拉脱试验分析分别经过温度循环及高压蒸煮环境试验后焊球的力学性能,同时采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱分析仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)对焊球切面进行分析。研究表明:焊球在温度循环试验下具有较长的疲劳寿命,在不考虑焊球导电与连接性能的前提下,适当环境应力的影响可促使焊球与焊盘界面区域金属间化合物的生成,有效增强了焊球的剪切力学性能。

大跨度焊接球网架结构多级同步提升施工技术研究

以某码头客运综合枢纽项目为例,对大跨度钢屋盖网架结构多级同步提升技术展开研究。该项目的屋面采用大跨度焊接球网架结构,具有截面呈曲线变化且不完全对称,主体结构层次复杂且分布零散,屋盖结构中心与边缘间的距离较大的特征,重点介绍项目施工区块划分、网架提升点布置及吊点形式、楼面分区拼装、多级同步提升等关键技术,并对网架提升过程进行有限元仿真分析。实践表明,该施工技术可大幅减少高空作业,提高网架安装精度,有效缩短工期,降低施工成本,确保网架施工安全与质量。

储煤棚螺栓球网架安装技术

储煤棚螺栓球网架结构是一种由钢管杆件和螺栓球组成的空间结构,具有构造简单、受力明确的特点,杆件受力小、用钢量小、整体刚度大、抗震性能好等优点,受力杆件通过节点按一定规律布置的杆件连接起来。螺栓球网架具有结构简单、施工快速、成本低廉等优点,在储煤棚、体育馆、展览馆等领域得到了广泛应用,以某工程为例,从施工工艺、挠度测量、进度控制、安全防护等方面对螺栓球网架技术进行研究。

0.35 mm pitch BAG设计70 μm盲孔和140 μm焊盘(焊环35 μm)对位能力提升

随着PCB的高密度化发展,球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)间距不断缩小,为了满足客户与市场发展需求,对0.35 mm pitch BGA走2条线,含70μm盲孔&140μm焊盘设计下焊环35μm对位能力进行研究;通过对位标靶、激光孔径、材料选择及图形蚀刻能力的测试与TV板评估,确定了一款EM-526材料采用单元边标靶、激光孔径开铜65μm条件下,可以满足设计35μm,实际25μm焊环对位需求。

高密度印制电路板中BGA与大铜面镀铜极差研究

随着半导体工艺和贴装技术的发展,印制电路板(PCB)集成度进一步提升,PCB产品的球栅阵列(BGA)区域布线密集程度越来越高。采用常规脉冲电镀工艺加工高密度PCB,BGA区域镀铜厚度与大铜面镀铜厚度极差急剧增大,给蚀刻带来了极大的挑战。对特性因子进行分析,验证不同电流密度、波形设置下BGA区域与大铜面铜厚极差,获得减小BGA区域与大铜面铜厚极差的可行方案。

基于IEC的防雷保护角法在屋顶光伏系统的应用

防雷保护角法作为IEC标准认可的接闪器定位三大方法之一,在国际上广泛应用于各种防雷设施上;分析保护角法的防护方法、防护范围,给出不大于2m的常用单根接闪器的保护角度,便于工程使用;指出建筑物屋顶太阳能光伏板的边框不适用于防直击雷的接闪器,并根据金属或电气装置与防雷装置间距大小,按有防雷间隔距离和防雷等电位两种措施给出保护角法对保护屋顶光伏板的具体做法;鉴于国内防雷规范不采用保护角法,提出重视和深入研究保护角法的建议。

空间网格结构球形支座受力性能研究

在空间网格结构设计和施工中,支座节点的承载力在网架结构中起着关键性作用。采用ABAQUS分别比较三种类型球形支座在不同支承位置的受力性能。从支承位置看,边(角)支座和中支座的屈服承载力基本一致,中支座的极限承载力明显较高。从支座类型看,组合支座的屈服承载力和整体稳定性远高于其他两种类型的支座。同时,在中支座时,由于处于对称受力状态,半空心球支座屈服承载力高于空心球支座;而在角(边)支座时,则处于非对称受力状态,其屈服承载力较低。此外,半空心球支座和组合支座有利于支座的加工和施工,并且在一定程度上节约钢材、降低造价。