基于正交设计的WLCSP柔性无铅焊点随机激励应力应变分析

对晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip scale package, WLCSP)柔性无铅焊点进行了随机振动应力应变有限元分析. 以1号柔性层厚度、2号柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径四个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了16种不同结构参数组合的柔性焊点,获取了16组应力数据并进行了方差分析. 结果表明:焊点内最大应力应变随1号柔性层厚度和2号柔性层厚度的增加而减小;在置信度99%时,下焊盘直径和上焊盘直径对应力具有高度显著影响,在置信度95%时1号柔性层厚度和2号柔性层厚度对应力具有显著影响;各因素对应力影响排序为:下焊盘直径影响最大,其次是上焊盘直径,再次是1号柔性层厚度,最后是2号柔性层厚度.     

基于正交设计的LTCC基板微流道散热性能研究

建立了微流道低温共烧陶瓷(Low-temperature cofired ceramics,LTCC)基板多芯片组件有限元分析模型并对其进行了热仿真分析。分析了不同微流道结构、微流道直径和流体流速对其散热性能的影响;采用正交设表设计了9种不同结构参数水平组合的多芯片组件模型,获取了9组温度数据并进行了极差分析和方差分析,结果表明:各因素对散热性能影响由大到小的排序依次为:微流道结构、微流道直径和流体流速;在置信度为90%的情况下,微流道结构和微流道直径对微流道散热性具有显著性影响,流体流速对微流道散热性影响不显著。     

基于再流焊冷却过程应力分析的板极组件BGA焊点参数优化

建立了板级组件BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,对BGA焊点进行了再流焊冷却过程应力仿真分析,设计并完成了验证性实验以验证仿真分析方法的有效性,分析了焊点结构参数和材料变化对焊点再流焊冷却过程应力应变的影响,采用响应面法建立了焊点应力与结构参数的回归方程,结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化.结果表明：实验结果证明了仿真分析的有效性;焊点应力随着焊点高度的增加而增大,随着焊点直径的增加而减小;最优焊点结构参数水平组合为：焊点高度0.44mm、焊点直径0.65mm、焊盘直径0.52mm和焊点间距1.10mm;对该最优焊点仿真验证表明最大应力下降了0.1101MPa.     

SMT片式元件焊点质量信息提取仿真光源建立

为检测SMT片式元件焊点的质量，减少研究过程中制作实际光源的成本，方便观察各个角度下的焊点形态，研究了仿真光源检测办法。通过建立SMT片式元件焊点模型，比较确定条件下仿真光源和实际光源的效果，确定最佳光照模型。通过改变仿真光源的位置，确定最佳仿真光源的光照位置，从而确定最佳实际光源光照位置。该研究通过Surface Evolver软件建立各种SMT片式元件焊点模型，并通过OPENGL编程完成SMT片式元件焊点模型的转化和光源的仿真过程，该研究对SMT片式元件焊点的检测研究起到优化光源位置结构的作用，对SMT片式元件焊点后期检测提供了坚实基础。     

OpenGL在SMT焊点中的应用

为检测SMT焊点的质量,提取焊点质量信息,研究了利用光学手段实测的SMT焊点的三维重建和显示技术,并且运用Visual C#．Net和OpenGL编制了一套软件。该软件可以利用SMT焊点的二维图像,通过三维重构算法计算出SMT焊点的表面高度离散点的数据集,即离散点云。对离散点云进行排序重组和三角网格化后,运用OpenGL对三角网格进行消隐,设定法线、光照、材质和贴图的处理,重建SMT焊点的表面,由此获得SMT焊点的三维信息,利于分析焊点的质量信息。     

埋入式BGA焊点可靠性和信号完整性优化

建立了埋入式微尺度球栅阵列(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型和三维电磁仿真模型,分别进行热循环加载分析和信号完整性分析. 选取焊点最大径向尺寸、焊点高度和焊盘直径作为设计变量,以焊点的热疲劳寿命和回波损耗最小为目标,利用正交试验和灰色关联分析相结合的方法对BGA焊点进行多目标优化设计,并通过试验对信号完整性优化结果进行了验证. 结果表明,优化后焊点最大等效应力下降了8.2%,在热疲劳寿命提高了2.15倍的同时回波损耗降低了11.8%,信号完整性试验验证了优化结果的有效性.     

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HFSS的内存芯片BGA焊点串扰仿真分析

建立了内存芯片球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点串扰HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对两个BGA焊点在高频条件下的串扰问题进行了分析,得到了其近端串扰和远端串扰仿真结果,以及信号频率、BGA焊点最大径向尺寸及BGA焊点高度对串扰强度的影响.利用正交试验设计方法,对16组不同参数水平组合的两个BGA焊点远端串扰进行方差分析.结果表明,近端串扰和远端串扰随信号频率增大、焊点最大径向尺寸增大及焊点高度增大而增大;在置信度为90%情况下,焊点最大径向尺寸对BGA焊点远端串扰有显著的影响,而焊点高度、信号频率对远端串扰影响不显著.     

SMT片式元件焊点三维质量信息提取技术

为实现对表面组装焊点三维质量信息的非接触式提取,提出了一种基于阴影恢复形状原理表面组装片式元件焊点三维质量信息提取方法.为提高重构精度,光照模型采用作者前期研究结果得到的一种改进模型;为解决由阴影恢复形状方法得到的物体三维形态不确定的问题,利用量块得到图像象素值与实际高度的比例关系,以此来确定表面组装焊点的三维形态;采用APDL语言,在ANSYS软件中二次开发建立焊点实体模型,并对相应的焊点体积、剖面面积、润湿角度等三维质量信息进行提取.结合实例介绍了该技术的实现方法与步骤.与采用传统光照模型相比,采用改进光照模型能较好地提高焊点体积信息提取的精度.     

基于热叠加模型的叠层3D多芯片组件芯片热布局优化研究

 叠层三维多芯片组件(3D Multi-Chip Module,MCM)芯片的位置布局直接影响其内部温度场分布,进而影响其可靠性.本文研究了叠层3D-MCM内芯片热布局优化问题,目标是降低芯片最高温度、平均芯片温度场.基于热叠加模型并结合热传导公式,选取芯片的温度作为评价指标,确定出用于3D-MCM热布局优化的适应度函数,采用遗传算法对芯片热布局进行优化,得出了最优芯片热布局方案,总结出了可用于指导叠层3D-MCM芯片热布局设计的热布局规则;采用有限元仿真方法,对所得的热布局优化结果进行验证,结果表明热布局优化结果与仿真实验结果一致,本文所提出的基于热叠加模型的MCM热布局优化算法可实现叠层3D-MCM芯片的热布局优化.