CSP封装功率循环模拟及焊点的寿命预测分析

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在现代微电子封装结构所关注的可靠性问题中,焊点的完整性是一个主要的问题。功率的瞬间开关引起的温度波动,或者外部元器件通常经历的周围环境温度改变,结果导致由于热膨胀系数不匹配造成的焊接连接层塑性应变变形。相对于封装行业对热循环载荷作用下可靠性分析做的大量研究,而对功率循环载荷所做的研究就不多了。热循环模拟是在封装、焊球和PCB基板的任一节点上施加相同的温度载荷,忽略了整个封装体内温度梯度的存在。和热循环不同的是,功率循环更加真实的模拟芯片的实际发热机制:功率统一施加在圆晶上,通过功率的“开”来模拟封装体的升温过程,功率的“关”来模拟封装体的冷却过程。 本文对CSP封装形式在功率循环载荷条件下进行了研究。CSP功率循环的模拟方法具体分为两个阶段:瞬态热分析和热应力应变分析。热分析得到的温度场分布结果作为热应力应变分析的载荷。 本文采用基于单一内变量亦即形变阻抗的统一型粘塑性Anand本构方程,描述了63Sn37Pb钎料的粘塑性变形行为,采用非线性有限元方法分析63Sn37Pb钎料焊点在功率循环下的应力应变过程。采用基于以能量为基础的疲劳寿命预测公式预测焊点的失效循环数。对CSP模型作了寿命预测分析并和CSP简化模型作了比较分析。 本文通过使用ANSYS有限元分析软件来讨论分析方法和结论。
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