手机结构设计因子对产品级跌落可靠性的影响

发布时间：2021-07-22 11:45

　　设计了一款手机三维结构并建立了手机的有限元模型,通过有限元仿真研究了产品级跌落条件下底填料、螺钉间距、屏蔽框、芯片与前壳间隙等手机结构设计因子对板载芯片级封装（CSP）组装可靠性的影响。仿真结果表明:螺钉间距和屏蔽框面积可以明显影响印制电路板的弯曲程度,较小的螺钉间距以及较大的屏蔽框可以使硅芯片和焊点的最大主应力降低20%～30%。使用底填料可以改善焊点的应力分布,减缓应力集中,并降低芯片和焊点的最大主应力。芯片与前壳的间隙过小可能会导致芯片与前壳发生碰撞,从而引起封装体的峰值应力迅速增加约30 MPa。研究方法和结论可以为产品在设计阶段规避板级封装失效提供思路,从而加快手机结构的设计及优化。 

【文章来源】：半导体技术. 2020,45(09)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

手机三维模型爆炸图

手机模型中大部分部件具有规则的形状,因此对于这些部件可以采用六面体为主的网格划分方式,单元类型为C3D8R和C3D6。前壳和后壳由于各种局部特征的存在,以较小的单元尺寸全部划分为四面体单元,单元类型为C3D4。焊点等可能产生应力集中的关键部位,由于其尺寸较小,给网格划分带来了一定的困难,因此采用模拟位移和应力结果精度都较高的C3D8I单元并通过细化网格的方式来划分网格,手机全局有限元模型如图2所示。1.3 边界条件与关键控制技术

基础模型中板载CSP封装体没有设置底填料,而工程产品中经常采用底填料来降低PCB与板级封装的热、机械应力不匹配,缓解应力集中。图3为有、无底填料时芯片和焊点的最大主应力(σ)对比,图中t为时间。从图3中可以看出,使用底填料时,芯片的最大主应力从166 MPa降低到153 MPa,焊点的最大主应力从225 MPa降低到196 MPa。图4为焊点在有、无底填料时出现最大主应力时的焊点应力分布情况。图4表明有底填料的情况下,在产生最大主应力时刻焊点应力分布更加均匀,因此使用底填料可以改善板级封装的应力集中现象,提高板级组装的可靠性。图4 有、无底填料时焊点的应力分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]正矢波激励下简支印制电路板的跌落响应研究[J]. 陈思佳,许富华,阮丽,卢富德,高德.  振动与冲击. 2017(04)
[2]便携式电子产品的跌落冲击响应——试验,仿真和理论[J]. 周春燕,余同希,李世玮.  力学进展. 2006(02)

博士论文
[1]微电子封装中无铅焊点的实验研究与可靠性分析[D]. 牛晓燕.太原理工大学 2009



本文编号：3297092