CN104951625A - 一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，包括如下步骤：S101、对球形触点阵列封装焊点的整个模型进行建模，获得结构参数、材料模型分析参数。S102、网格划分。S103、定义载荷。S104、有限元分析及后处理。S105、疲劳模型计算。S106、判断焊点寿命是否满足设计要求，若满足，则结束，否则返回步骤S101。本发明使用仿真对焊点失效进行分析，不仅缩短了球形触点阵列封装焊点可靠性分析的周期，而且给出了球形触点阵列封装焊点可靠的使用寿命数据，为前期设计提供依据、后期改进提供优化方向。

Description

一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法

技术领域

本发明涉及球形触点阵列封装焊点领域，尤其涉及一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法。

背景技术

世界正步入信息时代，信息流通与交换需要先进的传输系统和通信网络，更需要支持信息网络技术的高精密电子器件和集成电路。球形触点阵列(BGA)是发展速度最迅速的最新表面安装技术中的一类封装形式。很多精密电路板的设计都必须有BGA，BGA封装的好坏也将直接影响电路板的使用性能。目前，电子封装器件在服役过程中，电路的周期性通断和环境温度的周期变化，使焊点经受温度循环作用，导致焊点失效，因此，对BGA封装焊点可靠性分析刻不容缓。随着产品更新换代的速度不断加快，对BGA封装焊点可靠性分析周期也提出了新的要求。但是，现在焊点失效问题还是通过传统的实验进行分析，了解其失效机理，从而去处理失效问题，分析周期太长，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于通过一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其包括如下步骤：

S101、对球形触点阵列封装焊点的整个模型进行建模，得到结构参数、材料模型分析参数；S102、网格划分；S103、定义载荷；S104、有限元分析及后处理；S105、疲劳模型计算；S106、判断焊点寿命是否满足设计要求，若满足，则结束，否则返回步骤S101。

特别地，所述步骤S101中对整个模型进行建模，包括芯片封装、印制板基板、焊点、上下焊盘；其中，焊点失效需设置Anand粘塑性模型，采取结构非线性分析，而对于其它部件采取线性分析。

特别地，所述步骤S102中在进行结构非线性仿真分析时，要保证网格的均匀性，将焊点与焊点的网格差异性控制到最小范围。

特别地，所述步骤S104还包括：在仿真结果中，找到总应变范围最大的焊点，并在该焊点上找出总应变范围最大的节点，最终所选取的仿真结果即为该节点的应变范围。

特别地，所述步骤S105中疲劳模型计算具体包括：S1051、计算-55℃-125℃加速环境下的寿命值；S1052、计算球形触点阵列封装焊点真实使用环境下的寿命值；根据所述加速环境下的寿命值，结合Norris-Landzberg公式计算出真实使用环境中焊点的寿命。

特别地，所述步骤S1051具体包括：利用采集到的总应变范围最大的焊点，结合Coffin-Manson方程，计算出加速环境下的寿命值。

本发明提出的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法使用仿真对球形触点阵列封装焊点失效进行分析，不仅缩短了球形触点阵列封装焊点可靠性分析的周期，而且给出了球形触点阵列封装焊点可靠的使用寿命数据，为前期设计提供依据、后期改进提供优化方向。

附图说明

图1为本发明实施例提供的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法流程图。

本实施例中球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法具体包括如下步骤：

S101、对球形触点阵列封装焊点的整个模型进行建模，获得结构参数、材料模型分析参数。

球形触点阵列封装焊点可靠性仿真分析前，要对整个模型进行建模，主要包括芯片封装、印制板基板、焊点、上下焊盘，这其中焊点失效要设置Anand粘塑性模型，采取结构非线性分析，而对于其他部件采取线性分析，如此在进行材料设置过程中要对应各个部件的分析类型进行定义。

S102、网格划分。S103、定义载荷。S104、有限元分析及后处理。

整个仿真是基于应变疲劳的方式分析的，采取加速环境进行模拟，本实施例中采用的是美军标要求-55℃-125℃的高低温循环标准。在结构非线性仿真分析中，要保证网格的均匀性，将焊点与焊点的网格差异性控制到最小范围，减少奇点的发生，从而保证仿真结果更加接近真实状态。在仿真结果中，一定要找到总应变范围最大的焊点，并在该焊点上找出总应变范围最大的节点，最终所选取的仿真结果即为该节点的应变范围。

S105、疲劳模型计算；S106、判断焊点寿命是否满足设计要求，若满足，则结束，否则返回步骤S101。

疲劳模型计算具体包括：S1051、计算-55℃-125℃加速环境下的寿命值。利用采集到的总应变范围最大的焊点，结合Coffin-Manson方程，计算出加速环境下的寿命值。需要说明的是，Coffin-Manson模型是一种以塑性应变幅为参考量的疲劳寿命描述方法。S1052、计算球形触点阵列封装焊点真实使用环境下的寿命值。焊点失效寿命受温度变化范围、热循环周期和热循环频率等因素的影响。根据步骤S1051计算出的加速环境下的寿命值，结合Norris-Landzberg公式计算出真实使用环境中焊点的寿命。需要说明的是，Norris-Landzberg是温度循环模型，说明了温度漂移,高温极限,还有涉及应力松弛的铅轴承焊接合金由时间决定的热机行为。

本发明的技术方案使用仿真对球形触点阵列封装焊点失效进行分析，不仅缩短了球形触点阵列封装焊点可靠性分析的周期，而且给出了球形触点阵列封装焊点可靠的使用寿命数据，为前期设计提供依据、后期改进提供优化方向。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、对球形触点阵列封装焊点的整个模型进行建模，得到结构参数、材料模型分析参数；

S102、网格划分；S103、定义载荷；S104、有限元分析及后处理；S105、疲劳模型计算；S106、判断焊点寿命是否满足设计要求，若满足，则结束，否则返回步骤S101。

2.根据权利要求1所述的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，所述步骤S101中对整个模型进行建模，包括芯片封装、印制板基板、焊点、上下焊盘；其中，焊点失效需设置Anand粘塑性模型，采取结构非线性分析，而对于其它部件采取线性分析。

3.根据权利要求1所述的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，所述步骤S102中在进行结构非线性仿真分析时，需保证网格的均匀性，并将焊点与焊点的网格差异性控制到最小范围。

4.根据权利要求1所述的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，所述步骤S104还包括：在仿真结果中，找到总应变范围最大的焊点，并在该焊点上找出总应变范围最大的节点，最终所选取的仿真结果即为该节点的应变范围。

5.根据权利要求4所述的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，所述步骤S105中疲劳模型计算具体包括：S1051、计算-55℃-125℃加速环境下的寿命值；S1052、计算球形触点阵列封装焊点真实使用环境下的寿命值；根据所述加速环境下的寿命值，结合Norris-Landzberg公式计算出真实使用环境中焊点的寿命。

6.根据权利要求5所述的球形触点阵列封装焊点可靠性仿真方法，其特征在于，所述步骤S1051具体包括：利用采集到的总应变范围最大的焊点，结合Coffin-Manson方程，计算出加速环境下的寿命值。