QFP器件引脚尺寸对焊点可靠性影响仿真分析
发布时间：2021-09-24 13:07
随着电子封装业的快速发展,产品可靠性成为重要研究课题之一。据统计,在失效的电子产品中,50%是由于元器件与印制电路板之间的焊接故障引起,所以焊接处的寿命直接影响产品的使用寿命。在电子封装产品的工作环境中,温度和振动冲击对寿命的影响较为显著。本文在热循环与随机振动加载以及冲击加载条件下对QFP电子封装结构进行响应分析和寿命预测。具体研究内容如下:1、以QFP电子封装结构为研究对象,对电路板整板模型进行假设和简化。利用Solid Works/ANSYS Workbench数据接口完成模型的CAD/CAE转换,根据饱和模态数细化标准,验证网格独立性,得到了具有饱和模态数的QFP电子封装芯片有限元模型。2、选取Anand粘塑性统一本构模型描述63Sn37Pb焊点的热力学特性。通过ANSYS Workbench进行热力学分析,得到了焊点在热循环过程中的应力应变分布情况和响应的动态变化规律,确定了焊点阵列在热循环加载下的危险部位。3、通过模态分析得到结构的固有振动特性,进行了随机振动分析,确定了焊点阵列在随机振动加载下的危险部位。根据Manson经验高周疲劳关系式,结合线性疲劳损伤累积准则,选择基...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
引起电子装备破坏的因素的百分比[5]
?叻庾巴饪堑姆⒄埂Ｋ婧螅?缱臃庾傲煊蛴致叫??⒊隽怂?兄?插式引线封装(DoubleIn-LinePackage—DIP)、四边扁平引线封装(QuadFlatPackage—QFP)、针栅阵列封装(PinGridArray—PGA)等技术。上世纪九十年代初科学家研制开发出了新一代微电子封装——球栅阵列封装(BallGridArray—BGA)，它克服了前列封装的体积大且重、制造工艺复杂、成本高、不能使用表面贴装等不足，结合此工艺开发出的芯片尺寸封装(ChipScalePackage—CSP)解决了长期存在的芯片孝封装大的根本矛盾，开创了电子封装历史上的新纪元，此技术一直沿用至今。图1.2电子封装发展趋势[1]微电子封装分为个层次，当用硅圆制作出芯片后，将芯片封装成单芯片组件(SingleChipModule-SCM)和多芯片组件(MCM)称为一级封装;将一级封装和其它元件一起组装到单层或多层PCB(或其它基板)上称为二级封装;再将二级封装插装到母板(MotherBoard)上组成三级封装。如图1.3所示为微电子封装三层次示意图。一级封装是指芯片级封装，即将芯片封装以形成器件，所以又称器件封装。最基本的集成电路器件封装是指将一个具有一定功能的集成电路芯片，放置在一个与之相适合的外壳容器或保护外层中，为芯片提供一个稳定可靠的工作环境并与外部的机械连接和电学连接。同时，封装也是芯片各个输出、输入端向外过渡的连接手段。从而形成一个完整的器件，并通过一系列的性能测试、筛选，以及各种环境、气候和机械的试验，来确保集成电路的质量。因此，器件封装的目的在于提供芯片与外界的连接并保护芯片不受外界环境的影响。二级封装是将元器件连接在印刷电路板上。它有几种基本连接类型:一种是引脚需要插入通孔(PTH，Pin-thought-hole)的引脚插入类，另一种是引脚表面贴装类，它使用表面贴装技术(SMT)实现表面贴装器件(
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4有源芯片的陶瓷或塑料封装器件，和电容、电阻、电感等无源元件。从早期的通孔插入封装到八十年代的表面贴装，九十年代后期的球栅阵列封装和代表未来发展方向的系统级集成模块(System-levelintegratedmodule，SLIM)。其中SLIM是由美国乔治亚理工学院提出的一种新的封装概念，它可以做到真正的系统级的集成(把各芯片、无源元件、无级封装等都集成为一体积很小的模块)，是电子封装的发展方向。图1.3微电子封装层次示意图[2]下一级封装(三级或更高级)可能是一个小型装置(如手持电路)的外壳，也可能是某一设备的母板。在较大的设备中，几个卡会插入一个母板，这些卡有时称为“子板”。1.3相关领域的研究现状1.3.1热应力及热循环计算方法研究进展1965年，Manson[9]在总结了之前的研究工作后，提出了一种温度循环加载条件下定量疲劳寿命的方法：Manson-Coffin寿命预测模型。1970年，Coffin[10]研究了热循环载荷频率对于高温环境下低周疲劳计算结果的影响，并对Manson-Coffin方程做了相应的修正。1976年，Ostergren[11]通过研究在温度载荷加载环境中，能量对试件低周疲劳损伤的影响，提出了计算疲劳寿命的能量方法。
本文编号：3407809
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
引起电子装备破坏的因素的百分比[5]
?叻庾巴饪堑姆⒄埂Ｋ婧螅?缱臃庾傲煊蛴致叫??⒊隽怂?兄?插式引线封装(DoubleIn-LinePackage—DIP)、四边扁平引线封装(QuadFlatPackage—QFP)、针栅阵列封装(PinGridArray—PGA)等技术。上世纪九十年代初科学家研制开发出了新一代微电子封装——球栅阵列封装(BallGridArray—BGA)，它克服了前列封装的体积大且重、制造工艺复杂、成本高、不能使用表面贴装等不足，结合此工艺开发出的芯片尺寸封装(ChipScalePackage—CSP)解决了长期存在的芯片孝封装大的根本矛盾，开创了电子封装历史上的新纪元，此技术一直沿用至今。图1.2电子封装发展趋势[1]微电子封装分为个层次，当用硅圆制作出芯片后，将芯片封装成单芯片组件(SingleChipModule-SCM)和多芯片组件(MCM)称为一级封装;将一级封装和其它元件一起组装到单层或多层PCB(或其它基板)上称为二级封装;再将二级封装插装到母板(MotherBoard)上组成三级封装。如图1.3所示为微电子封装三层次示意图。一级封装是指芯片级封装，即将芯片封装以形成器件，所以又称器件封装。最基本的集成电路器件封装是指将一个具有一定功能的集成电路芯片，放置在一个与之相适合的外壳容器或保护外层中，为芯片提供一个稳定可靠的工作环境并与外部的机械连接和电学连接。同时，封装也是芯片各个输出、输入端向外过渡的连接手段。从而形成一个完整的器件，并通过一系列的性能测试、筛选，以及各种环境、气候和机械的试验，来确保集成电路的质量。因此，器件封装的目的在于提供芯片与外界的连接并保护芯片不受外界环境的影响。二级封装是将元器件连接在印刷电路板上。它有几种基本连接类型:一种是引脚需要插入通孔(PTH，Pin-thought-hole)的引脚插入类，另一种是引脚表面贴装类，它使用表面贴装技术(SMT)实现表面贴装器件(
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4有源芯片的陶瓷或塑料封装器件，和电容、电阻、电感等无源元件。从早期的通孔插入封装到八十年代的表面贴装，九十年代后期的球栅阵列封装和代表未来发展方向的系统级集成模块(System-levelintegratedmodule，SLIM)。其中SLIM是由美国乔治亚理工学院提出的一种新的封装概念，它可以做到真正的系统级的集成(把各芯片、无源元件、无级封装等都集成为一体积很小的模块)，是电子封装的发展方向。图1.3微电子封装层次示意图[2]下一级封装(三级或更高级)可能是一个小型装置(如手持电路)的外壳，也可能是某一设备的母板。在较大的设备中，几个卡会插入一个母板，这些卡有时称为“子板”。1.3相关领域的研究现状1.3.1热应力及热循环计算方法研究进展1965年，Manson[9]在总结了之前的研究工作后，提出了一种温度循环加载条件下定量疲劳寿命的方法：Manson-Coffin寿命预测模型。1970年，Coffin[10]研究了热循环载荷频率对于高温环境下低周疲劳计算结果的影响，并对Manson-Coffin方程做了相应的修正。1976年，Ostergren[11]通过研究在温度载荷加载环境中，能量对试件低周疲劳损伤的影响，提出了计算疲劳寿命的能量方法。
本文编号：3407809
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