增强型CCGA焊柱的热疲劳寿命研究

随着陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装的广泛应用,其焊柱在温度循环条件下的热疲劳寿命预测也越来越重要。首先,建立了简化后的CCGA封装结构模型;其次,基于描述焊料变形行为的Anand本构方程,借助有限元进行热疲劳仿真;最后,使用基于Coffin-Manson方程的热疲劳寿命预测模型,比较了镀铜型焊柱和铜带缠绕型焊柱的热疲劳寿命,结果表明后者的热疲劳寿命是前者的1.6倍,由此可以在疲劳寿命的评估中,确定可靠性最优的焊柱类型。     

CCGA焊柱受力状态下热疲劳寿命的研究

分析了CCGA器件在星载设备中的受力状态。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,以CCGA组件焊柱为对象,建立了焊柱热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了力载荷对焊柱热疲劳寿命的影响。研究结果表明,力载荷在热循环条件下虽然对焊柱的应力影响不大,但对焊柱的塑性应变累积有明显的加剧作用,从而使焊柱的热疲劳寿命有显著降低,减少力载荷有利于提高焊柱的热疲劳寿命。     

CCGA焊柱加固工艺技术研究

针对陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的焊接界面在热冲击试验中出现的断裂失效问题,探讨了如何通过加固CCGA焊接界面来提高器件可靠性的工艺技术.该工艺通过在焊接区域涂覆适量的环氧胶来对焊接界面进行加固保护,对于提高焊柱的抗热冲击能力具有明显的作用,并且能够有效地提高焊柱的可靠性.此外,为了进一步地提高CCGA器件的组装可靠性,对新型结构焊柱进行了相关的试验验证.     

温度试验条件下柱栅阵列仿真失效分析

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装是陶瓷球栅阵列(CBGA)封装的衍生技术,能有效缓解CBGA因热失配而引起的失效问题。对CCGA1140封装的材料和结构进行建模,针对焊接过程和热环境试验仿真条件下柱栅阵列焊点的应力应变分布情况和薄弱环节进行重点论述。仿真结果表明,在焊接和热环境中,CCGA封装最薄弱环节是柱栅阵列最外侧四角的焊点处。     

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array, BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一.采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加裁条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响.研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命.     

小尺寸CQFP结构的热疲劳寿命仿真分析

采用有限元分析软件,以小尺寸陶瓷四边引线扁平封装（CQFP）结构为研究对象,对其在温度循环试验中应力应变分布进行了仿真分析。分析了引线成型角度和成型次数两种参数对焊点的影响,进而对CQFP结构在温度循环载荷作用下的疲劳寿命进行了计算。结果表明,对引线进行二次成型或者减小引线成型角度可以提高焊点的热疲劳寿命。     

CQFN封装结构的热疲劳寿命研究

基于陶瓷四边无引线（CQFN）封装结构,采用有限元仿真方法,针对实际外壳建立了三维有限元模型,对焊点在温度循环试验中的应力应变分布开展了研究,重点分析了印刷电路板（PCB）厚度、外壳尺寸大小、引出端形式和温度变动范围等对焊点的影响规律。采用Anand本构模型对铅锡焊点的粘塑性进行了表征,同时利用Coffin-Manson方程对CQFN封装结构在温度循环载荷作用下的热循环疲劳寿命进行了计算。研究表明,适当地增加PCB板厚度、合理地选取外壳外形尺寸及引出端的形式和尽量地降低温度变动范围,可以有效地提高焊点的热疲劳寿命。     

焊膏涂覆工艺选择对CCGA焊接可靠性的影响研究

首先从焊膏材料特性、涂覆形貌、贴片形貌、焊接形貌等方面,对比研究了喷印和丝印两种焊膏涂覆工艺;并通过CCGA器件焊接对比分析了焊膏涂覆选择对焊点可靠性的影响。结果表明:焊膏材料特性包括粒径、合金含量和焊膏黏度等对涂覆工艺的选择至关重要。在涂覆形貌上,丝印焊膏因其颗粒度大,助剂少,相比喷印焊膏有更好的形貌稳定性。采用KH-7700显微镜、X-ray探测和金相剖切对焊接结果进行检验,两种涂覆工艺及其材料均呈现良好的焊接形貌和均匀连续的金属间化合物结构,证明了两种焊膏涂覆工艺焊接CCGA器件的可靠性。     

层叠封装热疲劳寿命的有限元法分析

针对典型的层叠封装建立了三维有限元模型,并采用有限元方法对封装在热循环载荷下的行为进行了数值模拟.在模拟计算中,Anand的粘塑性本构方程被用来描述SnAgCu焊球的力学行为.利用Engelmaier修正的Coffin-Masson疲劳公式对最易失效的焊球进行了寿命计算.结果表明,层叠封装中下层焊球的应力大于上层焊球,...     

稀土含量对Sn—Pb—Re钎料SMT焊点热循环性能的影响

本文对不同稀土含量Ｓｎ－Ｐｂ－Ｒｅ钎料系焊点的热循环寿命进行了实验研究，结果表明，钎料中稀土含量为０．０５％－０．５％时，可使焊点的热循环寿命提高到普通Ｓｎ６０Ｐｂ４０钎料的２－３倍以上；     

TSV封装通孔形态参数对焊点热疲劳寿命的影响

使用ANSYS有限元软件建立简化的基于硅通孔技术互连的二维结构模型,用粘塑性本构Anand方程来描述SnPb钎料焊点的力学行为,针对模型中的焊球进行热力耦合计算,研究热循环过程中的热失效问题.根据模拟的温度场、应力应变场找到危险焊点位置,利用修正Coffin-Manson经验方程估算危险焊点的热疲劳寿命,并且讨论了模型中通孔直径、深度和间距等参数对焊点热疲劳寿命的影响.结果表明,在只改变单一参数的情况下,焊点疲劳失效周期通孔各参量值的增加均呈现出下降的趋势,其中通孔直径和通孔间距的大小对焊点的使用寿命影响较大.     

陶瓷阵列封装的两种形式及其接头可靠性

介绍了CBGA及CCGA的基本结构,对它们的优缺点进行了对比,分析了在热循环过程中,CBGA、CCGA封装结构产生的热应变及接头的热疲劳寿命,对目前接头热疲劳失效机理的分析进行了对比,总结了影响接头热疲劳寿命的几种因素。     

基于正交试验法的高速背板焊点热疲劳可靠性分析

针对某特定电子整机的布局,研究了背板的备用线数量及接口布局;以高速互联背板焊点为研究对象,基于正交试验法,建立不同组合水平下的有限元分析模型;利用ANSYS软件,对背板焊点在热循环加载条件下的热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测,获得了较好的结果。     

7075铝合金疲劳寿命研究及数值模拟

本文运用有限元分析对7075铝合金板材进行了疲劳寿命数值分析,并将仿真分析结果与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,仿真分析与理论分析重合度高,为进一步研究7075疲劳性提供了数值分析依据.     

温度与振动耦合条件下的电路板级焊点失效模式与疲劳寿命分析

基于正交试验法研究不同温度与振动耦合条件下的板级焊点失效行为与模式,采用L₉（34）混合水平正交表设计了不同温度（T）、加速度功率谱密度（PSD）与频率（V）条件下的加速寿命试验,结果表明三者对焊点可靠性影响程度为T>PSD>V,且温度是影响焊点失效模式的主要因素,随温度的升高,焊点裂纹逐渐从近封装侧的界面金属化合物（IMC）层向钎体内部扩展,焊点失效模式从脆性断裂向韧性断裂演化.基于焊点失效数据分析,发现焊点疲劳寿命对数值与PCB板背侧最大应变范围存在关联关系,并采用多项式拟合的方法建立了焊点疲劳寿命模型,拟合结果显示,该模型能较好的评估温度与振动耦合条件下的焊点寿命,预测精度较高.     

A Study on the Thermal Fatigue Behavior of Solder Joints Under Power Cycling Conditions

Failure mechanisms exposed by environmental accelerating testing methods such as thermal cycling or thermal shock test, may differ from those at service operating conditions. While the device is heated up or cooled down evenly on its external surface during environmental testing, real operating powered devices experience temperature gradients caused by internal local heating, components' different heat dissipation capability, and ambient temperature variation, etc. In this study, a power cycling technique is introduced to better approximate the field operating conditions so as to activate the field failure modes. Power cycling thermal fatigue test is performed with different ball grid array solder joints, that is, lead contained [Sn/37 Pb (SP)] and lead free [Sn/4.0Ag/0.5 Cu (SAC)], and the result is compared. In order to account for the thermal fatigue life behavior discrepancy for different solder joint composition, real time Moire interferometry is applied to measure the global/local thermo-mechanical behavior during power cycling excursion. Effective damage parameter, the total average shear strain, is extracted from the experiment and applied to account for the difference in fatigue life result of two different solders. In addition, amount of experimentally measured total average shear strain is mutually verified with finite element method analysis. It is clear that total average shear strain of a solder joint can be an effective damage parameter to predict thermo-mechanical fatigue life. A physical mechanism in terms of thermal material property of solder joints' is proposed to offer some thoughts to abnormal shear strain behavior that leads to discrepancies in fatigue life of two solders. An importance of power cycling testing method is emphasized for certain package designs.