QFP器件不同引线材料对焊点可靠性影响的有限元分析

采用有限元方法对QFP器件三种引线材料焊点的残余应力进行了数值模拟计算分析.结果表明,焊点应力集中的部位均在焊点最内侧的尖角处,该处是整个焊点最易发生破坏的部位.分析比较合金-42、铜合金、可伐合金三种引线材料的模拟结果,焊点的应力应变曲线图显示,应力应变是随着时间做周期变化,同时具有累积迭加的趋势.同时可以看出合金-42引线焊点的应力应变最小,可伐合金引线焊点的应力应变居中,铜合金引线焊点的应力应变最大,研究结果可为QFP器件引线材料的选用提供理论指导.     

引线间距对 QFP 焊点的可靠性影响的有限元分析

采用有限元方法分别对具有相同引线间距和不同封装类型的QFP器件的焊点残余应力进行了数值模拟计算分析.结果表明,焊点根部、焊趾部位以及引线和焊点交界处为应变集中区域,该三处将可能成为焊点发生破坏区域,在焊点根部的应力值是最大,所以在焊点根部最容易发生破坏.对结果进行分析比较,从应力曲线图可以看出,由于残余应力累积的原因,应力具有迭加性;在引线数目相同的QFP器件中,TQFP64焊点的应力最小,VQFP64次之,SQFP64最大.在引线间距相同的QFP器件中,QFP64焊点的应力最小,QFP44居中,QFP32最大;同时与QFP100比较可知,高密度细间距器件的焊点可靠性更高.     

无铅钎料对不同引脚数QFP微焊点抗拉强度的影响

采用微焊点强度测试仪测试了不同引脚数方形扁平式封装（QFP）微焊点的抗拉强度，研究了QFP的引脚数、钎料成分对其力学性能的影响，并采用扫描电镜对微焊点断裂处的显微组织进行了分析。结果表明，在相同引脚数的条件下，SnAgCu钎料的微焊点抗拉强度大于Sn—Pb钎料的微焊点抗拉强度；在钎料成分相同时，48引脚数的QFP微焊点强度小于100引脚数的QFP微焊点强度。     

J形引线焊点可靠性有限元分析

采用有限元方法对SOJ（small oudine j-lead package）元器件J形引线焊点进行了数值模拟计算分析。结果表明，SOJ元器件焊接后整体变形明显，陶瓷载体有上翘趋势，引线有向外拉伸趋势，PCB板变形较小。J形引线焊点应变最大部位位于焊点根部，焊趾处次之，中心部位最小。J形引线焊点根部应力集中区域较大，存在着最大应力值，为整个焊点最薄弱部位，易发生疲劳破坏。焊趾处应力集中区域比焊点根部小，应力值也稍小，焊点中心部位应力值最小，比焊趾与焊点根部应力值均小一个数量级。计算结果与实际测试结果吻合。     

QFP器件微焊点可靠性分析

通过数值模拟对QFP焊点力学性能的影响规律进行了研究,高密度化引线以及使用无铅钎料时焊点的等效应力较小.结果表明,引线数的增加以及钎料的无铅化显著提高了焊点抗拉强度,激光再流焊比红外再流焊的抗拉强度的提高了25%左右.锡铅钎料QFP断口表面晶粒较粗大,而无铅钎料的QFP断口处晶粒较细,红外再流焊加热方式下形成的焊点断口有大小不等的韧窝存在,断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征,而激光加热方式下焊点的断口呈现均匀的韧窝形貌,断裂方式属于韧性断裂.实际焊接试验结果与理论模拟结果相吻合.     

QFN封装焊点可靠性的有限元分析

建立了QFN(quad flat non-leaded)的1/4模型,用Anand模型构建了Sn3.0Ag0.5Cu的本构方程,并比较了不同焊点形态时QFN的可靠性.结果表明,在温度循环载荷下,QFN器件应力的最大值位于拐角处的焊点的上表面处,且其应力值变化具有周期性和叠加性;无缩回设计的引脚比有缩回设计的引脚具有更好的可靠性,但对于无缩回设计的引脚,其焊脚高度和焊点长度对其塑性功的累积无明显影响;钎料厚度对焊点塑性功的累积有明显影响,焊点的单位体积塑性功与钎料厚度成反比;中央散热焊盘的焊接面积对焊点塑性功的累积有一定影响,在QFN的焊接过程中可以适当增加其焊接面积.     

不同钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用半导体激光再流焊系统研究SnAgCu／SnAgCuCe在铜基板的润湿性以及焊点的力学性能,同时对比红外再流焊,研究两种焊点在热循环过程中的可靠性．结果表明,随着激光输出功率的增加,无铅钎料的铺展面积逐渐增加;当激光输出功率增加到某一特定范围时,无铅钎料的润湿铺展性能达到最佳．同时,随着激光加热时间的增加,无铅钎料的...     

CSP器件无铅焊点可靠性的有限元分析

采用有限元方法对芯片尺寸封装(CSP)器件焊点可靠性进行模拟分析.运用Anand本构模型描述Sn3.OAg0.5Cu无铅焊点材料的粘塑性特性,研究了焊点的力学行为.结果表明,CSP焊点最大应力区为拐角芯片所下压的焊点上表面处,对焊点应力最大节点的时间历程后处理结果显示,温度循环载荷下,焊点应力呈周期性变化,并有明显的应力松弛和积累迭加效应.对三种常用不同焊点高度尺寸下的焊点应力进行对比分析,发现三种尺寸中,0.35 mm×0.18mm焊点的可靠性最好.还模拟对比了芯片厚度不同对焊点可靠性的影响,结果显示芯片厚度对焊点可靠性影响较小.

Abstract：

Finite element method was employed to analyze the reliability of soldered joint in a CSP device. Anand model was used to establish the constitutive equation of Sn3.0Ag0.5Cu solder, the stress behavior of soldered joint was studied. The results indicate that the maximal stress is located at the upper surface of the soldered joint which is under the outermost of chip. The phenomenon of stress relaxation and accumulated enhancement could be observed abviously from the curves of stress and temperature with time cycle. Reliability of soldered joints with three usually-used heights are compared, and the results shows that the 0.35 mm ×0.18 mm one has the best reliability. Moreover, the influence of chip thickness on the reliability of soldered joints are investigated in the last part, the simulation result indicates that the influence is little.     

3D封装芯片焊点可靠性有限元分析

选择工业中广泛使用的Sn,Sn3.9Ag0.6Cu钎料作为三维封装芯片键合焊点材料,采用ANSYS有限元软件建立三维封装模型,基于Garofalo-Arrhenius本构方程,进行-55～125°C热循环模拟,并通过田口法探讨封装结构和工艺参数对焊点的可靠性影响.结果表明,Cu柱与焊点接触处是整个结构的薄弱区域,在IM...     

有限元模拟在微连接焊点可靠性研究中的应用

有限元方法在微连接焊点可靠性研究中的应用越来越广泛.综述了国内外诸多研究学者借助有限元模拟对四边扁平封装器件(QFP)、片式电阻(CR)、陶瓷球栅阵列器件(CBGA)、芯片尺寸封装(CSP)、陶瓷柱栅阵列(CCGA)以及倒装芯片球栅阵列(FCBGA)等微元器件焊点可靠性的研究,同时对影响模拟结果的诸多因素进行综合分析.随着电子无铅进程的快速进行,焊点可靠性的研究也得到长足的发展,特别是在本枸方程和焊点疲劳寿命预测方程的构建,综合分析本构方程和焊点疲劳寿命预测方程的研究和应用现状.为焊点可靠性的研究提供一定的理论依据.     

红外探测器焊点可靠性有限元分析

借助有限元法分析了锑化铟红外探测器铟球焊点的可靠性.结果表明,应力最大值位于探测器边缘拐角处锑化钢芯片与铟球连接处,且在周期性温度载荷下,应力呈周期性变化.温度降低,应力迅速升高,降到77 K时达到最大值,保温阶段存在应力松弛现象,温度升高应力值大幅度降低.随着铟球直径的增加应力最大值不呈现出明显的变化规律性,但塑性功...     

基板材料对QFP焊点应力应变影响的数值模拟

采用粘塑性有限元法,针对三种不同基板材料,对Sn3.8Ag0.7Cu焊点的应力及应变进行分析.结果表明,FR-4基板对应焊点的最大应力集中在焊点最内侧的尖角处;LTCC基板对应焊点的最大应力集中在焊点最外侧的尖角处;PTFE基板对应焊点的最大应力集中在焊点和引线交界的尖角处.三种基板材料中,FR-4基板对应焊点的残余应力最小,LTCC基板对应焊点残余应力最大,PTFE基板对应焊点居中.运用Anand方程计算得出Sn37Pb钎料的分析结果和Sn3.8Ag0.7Cu钎料对应的结果具有相同的规律.对基板厚度进行的优化模拟计算结果表明,基板厚度为0.8mm时对应焊点的残余应力最大.     

FCBGA元器件焊点可靠性的有限元分析

采用有限元法分析FCBGA(flip chip ball grid array)器件焊点可靠性,采用统一型粘塑性Anand本构方程研究了Sn63Pa37合金的力学行为.结果表明,应力集中区域为器件芯片边缘拐角焊点的上表面.应力时间历程处理发现:应力随时间呈周期性变化,曲线有明显的应力松弛现象和累积迭加的趋势.对三种不同球状焊点尺寸器件的研究结果发现,球状焊点尺寸为0.4 mm×0.28mm时,焊点应力最大,0.46 mm×0.34mm焊点次之,0.52 mm×0.4mm焊点应力最小.基于塑性应变能分析的结果亦与上述变化趋势相同,且与实际应用器件的试验数据变化趋势一致.     

不同引线数QFP器件焊点等效应力的数值模拟

采用有限元方法对不同引线数QFP器件焊点的等效应力进行了数值模拟,研究发现,热循环后的PCB板有向外翘曲趋势,但变形较小;陶瓷基板上翘趋势较大,总体变形较明显,且其对引线的拉伸力会加剧焊点裂纹的扩展.在最外侧存在焊点最大应变值,QFP器件鸥翼形引线焊点的焊点根部与焊趾处等效应力较大,焊点根部等效应力比焊趾处大,中间区域等效应力最小.理论计算显示QFP100器件应力最小,QFP48次之,QFP32应力最大.焊点拉伸试验结果显示QFP100器件抗拉强度最大,QFP48次之,QFP32最小,与数值模拟结果完全吻合.     

CCGA元器件焊柱可靠性影响的有限元分析

借助ANSYS有限元软件建立CCGA624器件的三维条状模型,基于应变对焊柱可靠性进行优化模拟分析.结果表明,离器件中心最远处焊柱为整个器件的最危险焊柱,共晶钎料与Sn3.SAg焊柱的连接处具有明显的应变集中现象,裂纹将最先在该处萌生.焊柱尺寸优化结果显示:应变随着焊柱间距的增大而升高,但变化趋势缓慢;焊柱高度增加,应变曲线呈现抛物线状,在焊柱高度为2.07 mm时等效应变取最小值;应变随着焊柱直径的增大而升高,具有明显的单调性.实际应用中,可以根据应变较小的原则来选择合适的焊柱尺寸.