ansys焊點失效分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
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焊點的失效一方面來源于生產裝配中的焊接故障,如釬料橋連、虛焊、曼哈頓現象等;另一方面是在服役條件下,當環境溫度變化時,由于元器件與基板材料存在的熱膨脹系數差,在焊點內產生熱應力,應力的周期性變化會造成焊點的疲勞損傷,同時相對于服役環境的溫度,SnPb釬料的熔點較低,隨著時間的延續,產生明顯的粘性行為,導致焊點的變損傷。
△圖2：影響微電子封裝可靠性的主要因素
4、 焊點失效的四種模式：
4.1 熱交變應力破壞失效
? 溫度變化
? 材料蠕變損傷
? 變形與裂紋擴展
4.2 疲勞破壞失效
?由振動載荷引起的高周疲勞失效
4.3 化學因素腐蝕破壞失效
? 水分、氧氣其他離子
? 化學反應腐蝕
? 粘結強度等機械性能降低
4.4 動態機械載荷破壞失效
? 跌落、沖擊和振動
? 開裂、脆裂等損傷
研究內容
△圖3：焊點熱耦合疲勞仿真分析內容
1、基本力學參數的獲取
? 調研焊點、焊腳的材料屬性
? 試驗獲取引腳、錫焊、錫焊界面（金屬化合物）的力學性能參數
? 擬合界面相（金屬化合物）材料的本構關系
2、疲勞數據庫的建立
? 通過疲勞試驗建立材料、界面相的疲勞特性曲線
? 建立單個焊點的有限元分析模型
? 加載循環載荷預測焊點的疲勞壽命與失效位置
? 通過與實驗比較，對有限元分析模型進行驗證
△圖4：不同封裝結構下無鉛SAC305焊點的S-N曲線
3、整機仿真模型
一般而言，在有限元模態分析中，系統的固有頻率會隨著網格密度的增加而降低至一個穩定的收斂值，為了找到合適的網格劃分密度，需要對其進行網格收斂性檢查。振動試驗載荷一般有正弦、窄帶隨機和寬帶隨機三種，PCB邊界條件有四角四點固支，端部四點固支，六點固支，中間四點固支以及中間兩點固支。
3.1 有限元模型建模
△圖5：焊點有限元建模
3.2 組件中各層材料參數設置
考慮到振動過程中焊點發生的一般是彈性形變，無需考慮材料的蠕變參數，各組分材料從上往下依次按照模塑料、封裝基板、Cu焊盤(Cu)、焊球(SAC305)、PCB板(FR-4)賦予。
展開 ：焊點可靠性問題是發展球柵陣列（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ，ＢＧＡ）技術需解決的關鍵問題。本論文采用立體顯微鏡檢查、ｘ—ｒａｙ檢查、金相切片分析、ＳＥＭ、ＥＤＸ等方法詳細分析了失效ＢＧＡ焊點的微結構、裂紋情況、金屬間化合物、及空洞對可靠性的影響，得出引起焊點失效的主要原因。在此基礎上，采用ＡＮＳＹＳ有限元軟件，模擬分析了熱載荷作用下ＣＢＧＡ焊點的三維應力應變行為。研究了影響焊點（鼓形、柱形）熱應力應變分布的幾個因素（半徑、高度、間距），為在實際焊接過程中，對從焊點形態的角度控制焊點質量提供了理論依據。同時還研究了兩種典型無鉛焊球（Ｓｎ９５．５／Ａ９３．８／Ｃｕ０．７，Ｓｎ９６．５／Ａ９３．５）與含鉛焊料（Ｓｎ／３７Ｐｂ）的熱應力應變分布，并對結果作了分析比較。得出Ｓｎ９５．５／Ａ９３．８／Ｃｕ０．７焊點的ｖｏｎｍｉｓｅｓ等效應力應變最大值小于Ｓｎ９６．５／Ａ９３．５焊點與Ｓｎ／３７Ｐｂ焊點，為電子焊料無鉛化材料體系的選擇提供了理論依據
BGA焊點的失效分析及熱應力模擬.pdf
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1. 螺栓退扭松動仿真
2. 焊點焊縫疲勞分析
3. 膠水脫粘分層失效分析
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劉艷莊 | Ansys China 高級工程師
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- -THE END- -
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焊點的失效一方面來源于生產裝配中的焊接故障,如釬料橋連、虛焊、曼哈頓現象等;另一方面是在服役條件下,當環境溫度變化時,由于元器件與基板材料存在的熱膨脹系數差
研究背景
1、什么是微電子封裝技術？
通過一定的連接技術將芯片、半導體元件、板卡和電路板等進行布置，粘結固定來組裝完成整電子產品的過程，包含了從開始制作硅晶圓片到電子產品組裝完成的整個過程。
2、微電子封裝技術發展歷史
1947年，世界上第一只晶體管在美國貝爾實驗室誕生，微電子封裝技術發展不斷進步，主要經歷了四次重大技術變革
1 前言
乘用車驅動橋是整車的關鍵零部件，其性能直接影響整車的安全性、可靠性。驅動橋總成是否滿足產品的設計需要，對整車的性能起到關鍵作用。
橋殼是驅動橋總成上一個單獨的件，它具有支撐汽車載荷的作用，并將載荷傳遞給車輪。作用在后橋車輪的牽引力、制動力和側向力及垂直載荷經后橋傳遞到車架上。若汽車后橋的強度及剛度不能達到要求，則會失效，可能會造成后橋斷裂，或永久變形，不能再繼續使用
：焊點可靠性問題是發展球柵陣列（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ，ＢＧＡ）技術需解決的關鍵問題。本論文采用立體顯微鏡檢查、ｘ—ｒａｙ檢查、金相切片分析、ＳＥＭ、ＥＤＸ等方法詳細分析了失效ＢＧＡ焊點的微結構、裂紋情況、金屬間化合物、及空洞對可靠性的影響，得出引起焊點失效的主要原因。在此基礎上，采用ＡＮＳＹＳ有限元軟件，模擬分析了熱載荷作用下ＣＢＧＡ焊點的三維應力應變行為。研究了影響焊點（鼓形、柱形）熱應力應變分布的幾個因素
