CN100573534C - 电子部件解析方法、电子部件解析装置及使用它的电子部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现缩短电子部件的设计时间、降低其成本的电子部件解析方法、电子部件解析装置。在解析具有焊锡凸块、Au凸块或BGA等突起电极的电子部件时，在步骤S1中，作成包含电子部件形状信息的三维模型的电子数据。接着，在步骤S2中，将构成三维模型的曲线或曲面置换为用多角形近似的三维模型。然后，在步骤S3中，对用用多角形近似的三维模型进行变换，作成有限元模型。接着，在步骤S4中，使用在步骤S3中作成的有限元模型进行有限元解析等的数值模拟，最后，在步骤S5中，显示解析结果，并进行评价。

Description

电子部件解析方法、电子部件解析装置及使用它的电子部件

技术领域

本发明涉及具有焊锡凸块等突起电极端子的各种电子部件解析方法、电子部件解析装置及使用它所设计的电子部件。

背景技术

目前，作为预测具有焊锡凸块或者带有焊锡凸块和Au凸块电极的BGA(球格阵列，Ball Grid Array)等的电子部件的特性的方法，可进行利用各种数值模拟所设计的试验。这是因为，具有许多焊锡凸块和BGA的电子部件的电极端子日益高密度化，为了高集成化，在电子部件内部存在着复杂的线路图案，因此，它们之间的机械相互作用和电气相互作用增加，仅利用设计者或技术人员的经验，不会得到如所期望那样的设计特性。

在此，说明现有的为了预测电子部件的电气特性而进行数值模拟的顺序。图9是表示现有的电子部件解析顺序的流程图。如图9所示，首先，在步骤S11中，利用三维CAD(计算机辅助设计，Comp puterAided Design)和数值模拟器具的模型作成功能，作成包含电子部件的形状信息的三维模型的电子数据。接着，在步骤S12中，由该数据作成有限元模型。然后，在步骤S13中，使用有限元模型，进行有限元解析等数值模拟，最后，在步骤S14中，显示解析结果，并进行评价。

但是，在一般的数值模拟工具中，就步骤S12中的有限元模型的作成来说，为了尽量不损害本来的形状信息，要将实体单元的大小细化，为了作成近似三维模型的有限元模型，有限元数容易变得庞大。

另外，焊锡凸块、Au凸块或BGA等的突起电极，多数情况下由包含曲线、曲面的三维模型构成。因此，当利用三角锥或长方体等实体单元对这些形状进行单元分割，尽量忠实地近似形状时，必须非常细地进行单元分割，其数目变得很多。因此，单元数变得庞大，多数情况下在一个电子部件中存在许多焊锡凸块或BGA，在这种情况下，单元数的增加更显著。

图10是利用现有的解析方法作成的有限元模型的焊锡凸块的放大立体图。图10中的每一个焊锡凸块的实体单元数是7444个。如果在电子部件上存在49个该焊锡凸块，则每一个电子部件的单元数约为36万个(7444×49＝364756个)。由于该数是庞大的单元数，所以解析时间长。因此，预测电子部件的特性需要几天的时间，造成设计时间长期化，结果是电子部件的价格高。

另外，在用于预测电气特性的有限元解析等的数值模拟中，当利用板壳单元或梁单元等有限单元时，焊锡凸块或BGA形状的模拟精度显著变差。

另外，作为现有的电子器件的评价方法、评价装置来说，在日本公开专利的特开平11-272735号公报中公开了如下的方法：为了预测具有焊锡凸块或BGA的电子部件的机械强度，作成除了实体单元以外将用忽略厚度的平板所近似的板壳单元、用忽略粗度的梁所近似的梁单元等进行组合的有限元解析模型的方法。

另外，在日本公开专利的特开2004-85397号公报中，介绍了利用Coffin-Manson法则估计的方法来作为估计焊锡接合部寿命的方法。

作为制造部件的性能预测装置来说，已知有欧洲专利公开1342137A2号公报(国际公开号WO2002/037342)所述的装置。

在欧洲公开专利1342137A2号公报(国际公开号WO2002/037342)中，具备：存储所关联的材料的多个流动学的劣化数据的流动学劣化数据库、存储所关联的材料的多个机械的劣化数据的机械劣化数据库、和计算具有规定几何形状的个别材料在规定加工条件下的部件性能预测的计算机。

发明内容

本发明的目的在于，在进行电子部件的评价、性能预测或电子部件的寿命估计时，通过缩短电子部件的设计时间，从而降低电子部件的成本。

本发明的电子部件解析方法是具有形成多个焊锡凸块或BGA的突起电极端子的电子部件的解析方法，其中：将构成焊锡凸块、BGA的三维模型的曲线及曲面置换为用多角形近似的三维模型，使用对该三维模型进行变换所作成的使用了实体单元的有限元模型。

根据这种方法，即使是具有多个焊锡凸部或BGA的电子部件，也可以在将这些三维模型变换为有限元模型之前，将焊锡凸块或BGA等的曲线或曲面置换为用多角形近似的三维模型。另外，通过将这些模型变换为使用了实体单元的有限元模型，可以抑制有限元解析中所用的全体的单元数的增加，因此可以缩短有限元解析所需的时间。

另外，本发明的另一种电子部件的解析方法是，在构成焊锡凸块或BGA的三维模型的形状中含有圆或椭圆的情况下，将圆或椭圆置换为用角数为6以上16以下的多角形近似的三维模型，使用对该三维模型进行变换所作成的使用了实体单元的有限元模型。

通过将焊锡凸块或BGA等的电极端子置换为用角数为6以上16以下的多角形近似的三维模型，使用对该三维模型进行变换而得的有限元模型的解析结果的误差可以很小，由于可以不增大解析误差，而且抑制单元数的增加，所以解析时间不是几天，可使利用数值模拟的电气特性的预测十分实用。

另外，本发明的电子部件解析装置，包括：作成具备形成有焊锡凸部或BGA等曲面部的多个电极端子的电子部件的三维模型的器件；将焊锡凸部或BGA的曲线或曲面置换为用多角形近似的三维模型的器件；将用多角形近似的三维模型变换为使用了实体单元的有限元模型的器件；进行用于计算电气特性的有限元解析的器件；和，显示所得到的解析结果的显示器件。

通过在电子部件的设计和解析中使用本发明的电子部件解析装置，可以在短时间内进行具有多个焊锡凸块或BGA的电子部件的电气特性的预测，因此可以缩短设计时间。

另外，本发明的电子部件是使用其所具备的将构成焊锡凸块、Au凸块或BGA等的突起(凸块)电极的三维模型的曲线和曲面置换为用多角形近似的三维模型、对该三维模型进行变换所作成的使用了实体单元的有限元模型而设计的。

另外，本发明的电子部件是使用其所具备的在构成焊锡凸块或BGA的三维模型的形状中含有圆或椭圆等曲面部的情况下、将该圆或椭圆置换为用角数为6以上16以下的多角形近似的三维模型、对该三维模型进行变换所作成的使用了实体单元的有限元模型而设计的。

这样的本发明的电子部件，由于可在短时间内进行设计而使其电气特性为最佳值，所以可得到电气特性优异并且成本低廉的电子部件。

另外，本发明的电子部件可以使用下述这样的电子部件解析装置进行设计或解析，该电子部件解析装置包括：作成具备形成有焊锡凸部、Au凸块或BGA等突起(凸块)电极的电极端子的电子部件的三维模型的器件；将焊锡凸部或BGA的曲线或曲面等曲面部置换为用多角形近似的三维模型的器件；将用多角形近似的三维模型变换为使用了实体单元的有限元模型的器件；用于计算电气特性的有限元解析实行器件；和，显示用有限元解析实行器件所得到的解析结果的显示器件。

这样的本发明的电子部件解析装置，由于可在短时间内进行设计、解析而使电子部件的电气特性为最佳值，所以可得到电气特性优异并且成本低廉的电子部件。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电子部件解析方法的顺序的流程图。

图2是具有焊锡凸块的电子部件的立体图。

图3是具有焊锡凸块的电子部件的侧面图。

图4是焊锡凸块的放大立体图。

图5是本发明的实施方式的电子部件的多角形近似三维模型的立体图。

图6是本发明的实施方式的电子部件的多角形近似三维模型的侧面图。

图7是本发明的实施方式的多角形近似三维模型的焊锡凸块的放大立体图。

图8是表示本发明的实施方式的焊锡凸块的多角形近似程度和数值解析误差之关系的图。

图9是表示现有的电子部件的解析顺序的流程图。

图10是利用现有的解析方法作成的焊锡凸块有限元模型的立体图。

具体实施方式

(实施方式1)

以下，参照附图说明本发明的一个实施方式。

图1是表示本发明的实施方式的电子部件解析方法顺序的流程图。如图1所示，在最初的步骤S1中，与目前同样，作成包含电子部件形状信息的三维模型的电子数据。接着，在步骤S2中，将构成三维模型的曲线或曲面置换为用多角形所近似的三维模型。然后，在步骤S3中，对用多角形所近似的三维模型进行变换，作成有限元模型。接着，在步骤S4中，使用在步骤S3中作成的有限元模型进行有限元解析等的数值模拟，最后，在步骤S5中，显示解析结果，进行评价。在步骤S3中作成的有限元模型的单元种类，使用解析精度最高的实体单元。

在本发明中，通过遵循在步骤S2中的置换为用多角形近似的三维模型的顺序，可以减少在步骤S3中作成的有限元模型中所含的实体单元的数目，因此，可以缩短解析时间。

以下，以适用于电子部件中的结果为例对本发明的具体例加以说明。

图2是具有焊锡凸块的电子部件的立体图。在图2中，在电子部件素材2的电极端子上形成焊锡凸块1。

图3是图2的侧面图。图4是图2的焊锡凸块1的放大立体图。

如图4所示，在现有的解析方法的焊锡凸块1的有限元模型的作成中，为了尽量不损害碗形焊锡凸块1的形状，要用微小的实体单元的集合进行近似，因此单元数是非常多的。然而，在本发明的解析方法的顺序中，对包含曲线或曲面的焊锡凸块1的三维模型在角为6以上16以下的范围内进行多角形近似。

图5是对图2的三维模型进行多角形近似的例子，图6是图5的侧面图，图7是图5的焊锡凸块1的放大立体图。

此时，图7那样的从焊锡凸块1的多角形近似模型作成有限元模型时的实体单元数是1620。由于现有的焊锡凸块的实体单元数是7444，所以用现有的解析方法得出的有限元模型和用本发明的解析方法得出的有限元模型的每一个焊锡凸块的实体单元数之差是5824。如图2所示，在电子部件上存在49个焊锡凸块1的情况下，利用单纯计算可知，每一个电子部件的单元数之差约为28万个。

这样，在电子部件具有焊锡凸块1或BGA的情况下，多数情况下它们的形状中包含曲线或曲面，再者，如图2所示，多数情况下在电子部件上存在许多焊锡凸块1或BGA，因此，单元数的增加更加显著。

进行图1所示的电子部件的电磁场模拟的结果，用现有的解析方法，需要大约二天的解析时间，与此相对，若用本发明的解析方法，解析时间约为4小时，可以大幅度地缩短解析时间。

另一方面，当对焊锡凸块1或BGA等的三维模型中所包含的曲线或曲面进行多角形近似时，当多角形的角数过少时，由于对原来模型的近似程度变差，解析误差变大。因此，对作为焊锡凸块1的水平剖面形状的圆形用何种角形进行近似，可以抑制解析精度的劣化。

图8是表示多角形近似程度和解析误差之关系的图。横轴为对上述圆形状进行近似的多角形的角数，纵轴为相对于图10那样的充分多的单元数时的解析结果的数值误差。

在本发明中，焊锡凸块1的垂直方向的多角形近似，如图7所示，是在底面和上面实施多角形近似，再在底面和上面的中间部也进行多角形近似。

由如图8所示的焊锡凸块的多角形近似程度和数值解析误差之关系可看出，如果多角形近似的角数为6以上，则将解析误差抑制在3％以下，因此，可以得到实用的数值模拟的电气特性的预测。另外，当多角形近似的角数比16多时，由于作成有限元模型时的实体单元的数目增加，所以解析时间延长，不实用。因此，多角形近似的角数，以6～16为适宜。

如上所述，用目前的解析方法预测电气特性需要几天，根据本发明的实施方式，则只要几小时就可以解析，而且就所得出的解析结果来说，可得到与目前需要几天做出的结果几乎没有变化的值，可以缩短电子部件的设计时间。

本发明作为具有焊锡凸块、Au凸块或这样的突起(凸块)电极的BGA等的电子部件的解析方法、电子部件的解析装置是适合的。但是，如焊锡凸块等那样，在所谓在电极上具有曲面部的各种电极或电子部件即具有曲面部的各种端子的性能解析和寿命的估计中也适用。

产业上的可利用性

本发明的电子部件的解析方法是一种在预测具有许多焊锡凸块、Au凸块或这样凸块电极的BGA等的所谓具有突起电极的电子部件的特性时、将构成焊锡凸块或BGA的三维模型的曲线或曲面置换为用多角形近似的三维模型、再对该三维模型进行变换而作成的使用实体单元的有限元模型的解析方法。

另外，通过将本发明的电子部件解析装置用于电子部件的设计和解析中，可以在短时间内进行具有许多焊锡凸块或BGA的电子部件的电气特性的预测，因此可缩短设计时间。

另外，由于本发明的电子部件可以采用电子部件解析方法和解析装置进行设计和性能预测以及寿命估计，所以用于预测具有焊锡凸块或BGA的电子部件的电气特性的数值模拟，目前需要数天，但本发明只用数小时就可进行解析。因此，电子部件的设计时间可以缩短，可以对电子部件的成本降低做出大的贡献。

如上所述，本发明对作为各种电子设备中所使用的电子部件及其解析贡献很大。

Claims (4)

1.一种电子部件解析方法，该电子部件包括具有曲面部的电极端子，其特征在于：包括以下步骤：

作成上述电极端子的三维模型；

将上述电极端子曲面部置换为用多角形近似的三维模型；

将用多角形近似的三维模型变换为使用了实体单元的有限元模型；

使用有限元模型进行有限元解析；和

显示解析结果，进行评价，

其中，在将上述电极端子曲面部置换为用多角形近似的三维模型的步骤中，将上述电极端子置换为用角数为6以上16以下的多角形近似的三维模型。

2.如权利要求1所述的电子部件解析方法，其特征在于：电极是焊锡凸块、Au凸块或球格阵列。

3.一种电子部件的解析装置，该电子部件包括具有曲面部的电极端子，其特征在于：该解析装置包括：作成上述电极端子的三维模型的器件；将上述电极端子曲面部置换为用多角形近似的三维模型的器件；将用多角形近似的三维模型变换为使用了实体单元的有限元模型的器件；用于计算电气特性的有限元解析实行器件；和，显示用上述有限元解析实行器件得到的解析结果的显示器件，

其中，将上述电极端子曲面部置换为用多角形近似的三维模型的器件，将上述电极端子置换为用角数为6以上16以下的多角形近似的三维模型。

4.如权利要求3所述的电子部件的解析装置，其特征在于：电极是焊锡凸块、Au凸块或球格阵列。

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