PBGA封装体的热_结构数值模拟分析及其优化设计
PBGA无铅焊点应力应变数值模拟及寿命预测
传统 电子组装焊点材料为 ＳＰ ｎｂ共晶焊料 ， 以其 优异 的工艺性能和可靠性好等特点而作为封装器件 与印刷电路板标准材料． 但近几年来 由于环保 的要 求呼声越来越高 ， 近几年来无铅焊料迅速发展起来 ， 最常 用 的 是 ＳＡ Ｃ ｎ ｇ ｕ系 列 合 金 焊 料 ， 因此 对 于 ＳＡ Ｃ 系列合 金 焊点 的可靠 性是 大家 研究 的热 ｎ ｇｕ 点［ ＿ ２ 】
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｒ ｅ—ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｆＰ ＧＡ ｐ ｃ ａ ｅ ｉ ｕ ｅ ｏ ｂ ｉ ｌｔ ｄ， ｉ ｎ ｉｎ ｌｆ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｌｏ Ｂ ａ ｋ ｇ ｓ ｓ ｄ ｔ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｉ ｅ
ＪＡ ｉ ｈ ｎ Ｉ ＮＧ Ｚｈ － ｏ ｇ， Ｓ Ｎ ｎ — ａ ｚ Ｕ ｇ ｌ ｎ， Ｗ ＮＧ Ｌ ｎ ｉ Ａ ｉ ｇ， Ｌ Ｕ Ｉ
（ ａｅｉ ｃ ｎｅ＆ Ｅ ｇｎｅ ｎ ｏ ｅｅ ａｂｎＵ ｉ．Ｓｉ ｅｈ ，Ｈ ｒｉ ５ ０ ０， ｈｎ ） Ｍ ｔｒｌＳｉ ｃ ａ ｅ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｌ ｇ ，Ｈ ｒｉ ｎ ｉ ｌ ｖ ｃ．Ｔ ｃ． ａｂｎ１０ ４ Ｃ ｉａ
ｌａ ｆ ｅｓｌｅ ｎ ． Ａ Ｏ ７ ｕｗ ｓｕ ｅ ｓｔｅｍ ｔ ａ ｆｓｌｅ ｉ ｓｏ Ｂ Ａ ｈ ｎ ｎ ｏｓ ｔｔ ｅｗ ｓ ｅｄ— ｒ ｏ ｒ ３ ８ ｇ ． Ｃ ａ ｓｄ ａ ａｅ ｌ ｄｒ ｏ ｔ ｆ Ｇ ．Ｔ ｅＡ ａ ｄｃｎｔｕｉ ａ ｅ ｄ Ｓ ｈ ｉ ｒ ｏ ｏ ｊｎ Ｐ ｉ ｖ
ｓｌｅ ｉｔ ｅｅａａｙｅ ； ａｅ ｎＭａ ｓｎ—Ｃ ｆｎｍｏｅ ｆ ｆ ｐｅ ｉ ｏ ｆ ｏｄｒ ｏｎ， ｅｆ ｇｅｌｅ ｆ ｅ ｏｄｒ ｏ ｒ ｌ ｚｄ Ｂ ｓｄｏ ｎ ｏ ｊｎｗ ｎ ｏ ｄ ｌ ｒ ｉ ｒｄｃ ｎｏ ｌｅ ｉ ｔ ｔ ｕ ｆ ｙ ｉ ｌｅ ｏ ｉ ｔ ｓ ｊ ｔｈ ａ ｉ ｉ ｏｋ ｓｌｅ ｉｔ ａ ｒｄｃ ｄ ｔｅｖ ｕ ｆ ａｉ ｅｌｅｂ ｉｇ３ ８ Ｘ１ ｃｃ ｓ ｏｄｒ ｏｎ ｗ ｓｐｅ ｉ ｅ ， ｈ ａ ｅｏ ｔ ｆ ｅｎ ． ５ ｊ ｔ ｌ ｆｇ ｉ ｕ １ ０ ｙｌ ． ｅ
PBGA器件潮湿扩散和湿热应力的有限元分析
（3）
125℃ RH60%
220℃ RH60%
2
湿度扩散有限元仿真
由于温度是符合 Fick 扩散定律的， 因此可以用有 限元软件中的热传导分析来求得潮湿扩散分布。二者 之间的对应关系如表 1[4]。
Tab.1 特性 变量 密度 传导率 比热容 表1 FEA 有限元计算参数表 FEA parameters implementation scheme 热 温度 T （kg/cm3） K（W/m・℃） c（J/kg・℃） 湿 相对湿度 W 1 D*Csat（kg/s・m） Csat（kg/m3）
模塑封料 硅芯片 A B D C
基板 Fig.1 图 1 器件示意图 Schematic 2D structure of PBGA
焊点
式中：QD 和 QC 是活性能常数；R 是 Boltzmann 常数， 一般取为 8.63 e-5 eV/K；T 是热力学温度；D0、C0 是
44
电 子 元 件 与 材 料
2004 年
量多少的标志。图 4 和图 5 是 85℃/RH60%条件下， 放置 40 h 后的潮湿度分布图和放置 100 h 后的潮湿度 分布图。由图可以发现，湿度的吸收由于材料的不同
Fig.2 图 2 FEA 模型网格划分图 Schematic of finite element meshes for PBGA
Finite Element Analysis on Moisture Diffusion and Hygrothermal Stresses in PBGA Device
WU Song, JIANG Ting-biao, YANG Dao-guo, TIAN Gang-ling
(Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China) Abstract: Plastic electronic packages are known to absorb moisture when exposed to humid ambient condition. A specified PBGA package is used as a demonstrator. The finite element analysis on moisture diffusion in microelectronic plastic packages during moisture preconditioning by using a commercial FEA software is studied and modeled. Then, the hygrothermal stress in the electronic packages which be induced under high-temperature are calculated. The finite element result shows that the hygrothermal stress induced during solder reflow depends on the moisture state in the package, which vary with different moisture preconditioning. Key words: moisture diffusion; plastic package; FEM; hygrothermal stresses
FC-PBGA644封装的热仿真模拟
FC-PBGA644封装的热仿真模拟石磊;黄金鑫;缪小勇;王洪辉【摘要】FC-PBGA (FilpChip-PBGA)倒装球栅格阵列封装相比BGA封装易于实现高密度封装,具有更好的电性能和热性能.利用有限元分析软件对封装产品进行建模仿真计算,添加各自的材料热导热系数、边界条件等,在产品设计研发阶段获得温度分布云图.通过计算其热阻,同时对此封装产品散热性能进行优化改进,得出基板尺寸的最优参数设计,可以通过添加散热盖改善其散热性能,提高产品可靠性.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(015)010【总页数】3页(P1-3)【关键词】FC-PBGA;仿真;可靠性;优化;散热【作者】石磊;黄金鑫;缪小勇;王洪辉【作者单位】南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;复旦大学信息科学与工程学院,上海200433;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;武汉大学电子信息学院,武汉430072;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006【正文语种】中文【中图分类】TN305.94BGA封装具有面积小、对端子间距要求不苛刻、便于实现高密度封装，具有良好的电学性能、散热性能（在芯片背面可加散热器）等优点。
2002年开发的新型封装体FC-PBGA，发展速度很快，通过焊球等进行芯片倒装连接，易于实现高密度封装，利用焊球凸点将芯片与封装基板连接，把芯片正面朝下安装在基板上，使其成为高密度、高性能、多功能及高I/O的封装形式[1]。
如图1所示，散热盖与芯片之间通过贴片胶连接起来，倒扣在上面，使其传热加快，减小热阻。
在芯片与基板之间，由焊点连接形成的间隙中填充一种环氧封装材料，称为底部填充料，主要为了降低芯片与基板由于热膨胀系数(CTE)不同引起的内应力，可以增加芯片的可靠性，降低焊球的应力，保护焊球凸点不受其他环境的影响[2]。
2.1 模型的建立根据FC-PBGA产品的结构图，通过ANSYS建立模型的三维图，如图2所示，分别由芯片、基板、焊球、PCB组成。
集成湿热及蒸汽压力对PBGA器件可靠性的影响
始条件：所有节点设为３ ３ ；材料参数见表２ 。 ０Ｋ 和３ 器件在干燥过程和 回流焊 过程都 经历 了高温 ，高温 环境下塑封器件吸潮后所产生的 内部蒸汽压力被认为是
Ｐ ｆ＝Ｃ Ｒ
引起 “ 爆米花 ”现象 的最直接因素。图４ 是干燥过程 的
蒸汽压力仿真结果 。 从 图４ 以看 到在节 点Ｄ 可 产生 了蒸汽压力集 中，因此 Ｄ 比较容 易发生 界面开裂 ，这 与文献 ［］ 点 ４ 的分 析结果相
＿ １２＋０ Ｄ ５ｅ Ｏ ４
” ５ ０。ｌ
（ ｂ）ｌ ｔ￣ ＯＪ时 ，
图４１５ｃ ２ ￣ 干燥 阶段蒸汽压力分布云图 （ 单位 ：ＭＰ ａ）
５ 冀 蒸 ２１ ４ 第 期 ４ Ｉ 杰 ｊ 讯 ｌ ０ 年月 ２ ２
荣获” 水基 波 清洗
全 系 列 水 基 清 洗 剂 完美 能 结台 节 保 能环
在集成应力计算 中Ｄ 点仍是应 力最大点 。同时可 以看到， 回流焊集成 应力值 比干燥后 的集成应力值大 ，这是 因为
图１ Ｂ Ａ Ｇ 器件尺寸示意图 Ｐ
２潮湿蒸汽压力的有限元计算与分析 ．
ＰＧ 的结构 图如 图１ ＢＡ 所示 ，有限元模型取点示意图如
图２ 所示 。
图２高度为１ ５ ｍ的Ｐ Ｇ 有限元模型 ．ｒ ２ａ Ｂ Ａ 网格 划分 节点 号和各 点之 间 的对 应关 系是 ：Ａ ｏｅ Ｎ ｄ
】
ｌ
／ ， ｒ
／ 一 ‘ 。 ／ ／ ｒ ／
＿
ｊ
／
，
—
‘ 。 田
－一 ●
／
／
。 ’ 喾
． －．－
— 。
ｌ， ’ ＾
／
值 ，即在集成应力模型 中，塑封材料 、硅芯 片和Ｄ材 料 Ａ 的交 点处应力达 到最大值 。在前面的计算分析中 ，Ｄ 点的 热应 力、湿 应力和蒸汽压力相对于其它各 点都 大，使得
GA-BP模型在煤质分析中的仿真研究
（） Ｃ ＞ ， １ ∑ ＇ ｋ 其中ｋ 样本数， 单 ｎ 为 ｎ为隐
ｉ＝Ｕ
＞ｎ ，ｃ． ０ 错 性 和优 良的非 线 性 逼 近能 力 ，但 存 在 容 易 陷 入 元数 ，ｎ为输 入单 元数 。如 果 ｉ ＝ 。
（ ） ＝ｖ ｍ＋ ，其中，ｍ为输出神经元 ２ ／ ＋ 口
１ ３．ｃ ｍ 。 ６ ｏ
第 ６期
马萌萌 ，等 Ｇ — Ｐ模型在煤质分析 中的仿真研究 ＡＢ
４ ３
定 最 佳 的隐层 神经 元数 为 １ 。 Ｏ
出层神经元节点的连接权值和阈值 。
输 入层 隐 含层 输 出层
输 出层 为 煤 的元 素分 析 数据 ：碳 （ ） Ｃ 、氢 （） ｃ 、氧 （ ） Ｈ 、氮 （ 。 Ｎ）
Ｂ１ ２ ２进 行 初 始 化 ，在 编 码 中 ，采 用 实 数 ，Ｗ ，Ｂ 进行 编码 。
如图 １ ，每一层 由相应 个数 的节 点组 成 ，每 一
一
Ｉ
ｌ＼
）
Ｆ ｘ （）
个节点代表一个神经元 ，层间的节点采用全互联方
—
式连接 ，本层节点之间则没有任何形式的连接。
输入 层 隐 含层 输 出层
一 ｌ
１
竺
Ｙ
８ 文 献标 识码 ：Ａ
数据 以外 ，还有诸 如煤 的形成年代 、地质环境等
０ 引 言
难以量化表示的一些因素 ，但从 目前对煤质分析
的研究现状来看 ，煤 的工业 分析数据对元 素分 析 Ｐ神经网络模型 近 年来 ，煤 炭 供 应 一 直 处 于 紧 张状 态 并 逐 年 数据的影响程度较大… ，因此 ，Ｂ 加剧 ，增加了电厂进煤煤质 的不稳 定性 ，容 易造 中采用 了 ４个煤 的工业分 析数据 作为输 入节点 ，
热循环载荷下PBGA封装体的应变特性研究的开题报告
热循环载荷下PBGA封装体的应变特性研究的开题报告一、研究背景和意义随着电子产品的发展，芯片封装技术也在不断创新。
球格阵列封装（PBGA）是一种广泛应用于大规模集成电路芯片封装的技术。
在实际应用中，PBGA封装是会经历多次温度循环的，这会导致其应变特性的变化。
因此，研究PBGA封装的应变特性对于提高其可靠性有着重要的意义。
本研究将应用实验与数值模拟相结合的方法，对PBGA封装在热循环载荷下的应变变化规律进行深入研究，为提高PBGA封装的可靠性提供理论依据和实验指导。
二、研究内容1. PBGA封装在热循环载荷下的应变变化规律研究通过热循环载荷实验，获取PBGA封装在不同温度条件下的应变变化情况，并分析其变化规律。
2. 数值模拟分析PBGA封装的应变变化规律应用有限元分析软件建立PBGA封装模型，模拟PBGA封装在热循环下的应变变化情况，并与实验结果进行比对。
3. 对PBGA封装进行寿命评估根据实验与数值模拟结果，评估PBGA封装在热循环下的寿命。
三、研究方法和技术路线1. 实验方法选择在不同温度条件下进行热循环实验，通过精密位移测量系统、应变仪等对PBGA封装在循环过程中的应变情况进行测量。
2. 数值模拟方法应用有限元分析软件建立PBGA封装模型，对其热循环载荷下的应变变化情况进行数值模拟。
3. 技术路线（1）PBGA封装样品的制备与实验条件的确定（2） PBGA封装样品的热循环实验和应变测量（3） PBGA封装模型的建立和数值模拟（4）实验与模拟结果的比对和分析（5） PBGA封装的寿命评估四、预期结果通过实验和数值模拟分析，得出PBGA封装在热循环载荷下的应变变化规律，对PBGA封装的寿命进行评估。
为PBGA封装的可靠性研究提供新的思路和方法。
pbga封装流程
pbga封装流程Title: PBGA Encapsulation ProcessTitle: PBGA封装流程Introduction:The PBGA (Plastic Ball Grid Array) packaging process is a method used to encapsulate integrated circuits (ICs) for protection and efficient thermal dissipation.This document outlines the step-by-step procedure for the PBGA encapsulation process.介绍：PBGA（塑料球栅阵列）封装流程是一种用于封装集成电路（IC）的方法，用于保护和有效散热。
本文概述了PBGA封装过程的逐步程序。
Step 1: Wafer PreparationBefore the PBGA encapsulation process begins, the IC wafer is cleaned and polished to ensure a smooth surface.The wafer is then laser marked for identification purposes and undergoes a photolithography process to create the necessary patterns.步骤1：晶圆准备在PBGA封装过程开始之前，IC晶圆经过清洁和抛光，以确保表面平滑。
然后，晶圆通过激光标记进行标识，并经过光刻工艺以创建必要的图案。
Step 2: Die AttachmentThe prepared IC die is attached to a carrier substrate using a dieattach adhesive.This adhesive ensures a strong bond between the die and the substrate, providing structural support during the encapsulation process.步骤2：芯片粘贴使用芯片粘合剂将准备好的IC芯片粘贴到载体基板上。
PBGA封装的热应力与湿热应力分析比较
１ 、有限元模型 的构建
１１建 立潮湿 扩散模 型 ． 在封 装 中建 立潮湿 应力模 型 需要 了解 潮湿扩散 ， 通过潮 湿 扩散模 型来建 立潮湿 应力模 型 ，但是大 多数
本 文针 对 Ｐ Ｇ Ｂ Ａ封 装器 件 ，运 用数 值 方法 ，采 用
维普资讯
图 所 示
Ｂ Ａ Ｂ ｌ ｒ ｙ即 “ Ｇ （ａｌ ｒ Ａ ｒ ） ｉ Ｇ ｄ ａ 球栅 阵列 ”。 它是在 基 板 的下面 按 阵列 方式 引出球形 引脚 ，在基板 上面 装配
大 规模 集 成 电路（Ｓ） 片（ 的 Ｂ Ａ引脚 端 与 芯 片在 ＬＩ 芯 有 Ｇ
基 板 的 同一 面 ） ，是 Ｌ Ｉ 片 用 的 一 种 表 面 安 装型 封 Ｓ芯
■Ｉ圈
Ｉ Ｐ Ｒ Ｒ Ｍ ＂ ＂Ｔ Ｏ Ｕ Ｘ Ｆ
致 一 样 。 同 时 从 图 ５ａ一ｃ各 图 之 间 的 比 （）（）
较 ，可 以知 道 ，温度 越高 ，越 容易使 得潮湿 的 扩散 分布 呈 现 不均 匀 分布 ，如 ２ ０ Ｃ 芯 ２。 下 片 正下 方的相 对湿度 分布 就不如 温度低 时 的 相 对湿度 分布均 匀。 而在焊 接前 封装器 件 内 部 湿度 的分布 不均是 导致 焊接 时 因为潮 湿膨
应力 失效 。另外 ，高 聚物材 料 的亲 水性和 多 孔性 ，又
使得 微 电子 元器 件极 易发生 由于 吸潮 而引发 的界面层
裂破 坏及 器件整体 的失效破 坏。在 电子 元件 的高温 焊 接过 程 中 ，吸潮 膨胀 产生 的潮湿 应力 再加上 焊接 的热 应 力 ，常引起封 装材 料发 生 “ 米花 ”式 的断裂 ，如 爆
式 中 ：ＱＤ和 ＱＣ 活 性 能 常 数 ；Ｒ Ｂ ｌｍａ ｎ 是 是 ｏｔ ｎ ｚ
FBGA封装翘曲的黏弹性仿真与验证
（ 1. a． Institute of Microelectronics； b. Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China 2. Beijing Academy of Information Science ＆ Technology，Beijing 100878，China； ）
一方面由于封装材料之间的热膨胀系thermalexpansioncte不匹配使器件在注塑到室温的降温过程中产生热应力导致器件产过程中发生剧烈的化学交联反应高分子聚合后的体积会比反应前的体积减这一体积变化被称为化学收缩它也会影响器件的翘曲
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 DOI： 10． 13290 / j． cnki． bdtjs． 2015． 02． 012
1 有限元仿真
1. 1 材料参数 为了提高仿真效率，仿真中忽略了对封装翘曲
的影响较小的结构，如键合引线及贴片胶等。由复 合材料组成的基板也被简化成一种参数。表 1 中列 出了包 括 EMC、基 板 和 芯 片 的 线 弹 性 材 料 参 数， 其中 Tg是材料的玻璃转化温度； α 为热膨胀系数； E 为杨氏模量； μ 为泊松比。表中基板材料为正交 各向异性，以 X，Y，Z 区分其在长、宽和厚度方 向的不同材料参数值。
Key words： finite element analysis （ FEA） ； warpage； epoxy molding compound （ EMC） ； viscoelasticity； general Maxwell model
pbga封装回流焊翘曲变形仿真与验证
第 37 卷 第 2 期 2020 年 3 月
广东工业大学学报 Journal of Guangdong University of Technology
Vol. 37 No. 2 March 2020
力的影响，易造成可靠性问题并影响产品正常使用[1-2]。 有关调查数据表明，温度是造成PBGA封装产品失效 的主要原因。封装结构中不同材料之间存在热膨胀 系数差异，PBGA封装在回流焊温变过程中会产生翘 曲变形。结构的翘曲会影响封装结构的共面度，引发 芯片断裂、界面分层和焊点装联缺陷等质量和可靠
doi: 10.12052/gdutxb.190047
PBGA封装回流焊翘曲. 广东工业大学 材料与能源学院，广东 广州 510006；2. 工业和信息化部电子第五研究所 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室，广东 广州 510610）
摘要: 回流焊温变过程中, 由于不同材料热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)的不匹配, 塑料焊球阵列 (plastic ball grid array, PBGA)封装会发生翘曲变形现象。本文采用有限元法对PBGA封装的翘曲变形及应力应变进行 仿真分析, 并用阴影云纹法对翘曲变形的模拟分析结果进行测试验证。结果表明: PBGA封装翘曲值的模拟值与实测 值非常接近, 分别为35.9 μm和36 μm; 模拟回流焊过程中, 翘曲值的模拟值与实测值的变化趋势具有一致性。回流焊过 程中, PBGA封装的热应力应变最大值都在基板靠近粘接层的位置, 该位置是PBGA封装出现热可靠性问题的最大风 险点。PBGA封装边角处的翘曲量最大, 因而边角处的焊点也最容易出现开路、虚焊等装联缺陷。
热循环条件下PBGA焊点的可靠性分析与优化
学号：题目类型：论文(设计、论文、报告)桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目：热循环条件下PBGA焊点的可靠性分析与优化学院：机械与控制工程学院专业(方向)：机械设计制造及其自动化（设计）班级：学生：指导教师：2011年 5 月 30 日桂林理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:本科生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林理工大学。
学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅(除在保密期内的保密论文外);学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。
本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。
本学位论文属于:口保密，在年解密后适用本授权书。
口不保密。
同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览;同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入NKI 《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。
(请在以上相应方框内打“了”)作者签名: 日期：指导教师签名: 日期:作者联系电话: 电子邮箱:联系地址(含邮编):II摘要选取焊点高度、焊点直径、引脚间距三个形态结构参数作为关键因素，采用水平正交表L9（34）设计9种不同形态结构参数组合的塑料封装球栅阵列（Plastic Ball Grid Array, PBGA）器件焊点，建立9种PBGA焊点的三维有限元分析模型，并进行热循环条件下的应力应变有限元分析，得到9种不同形态结构参数的PBGA焊点的应力应变数据，针对应力应变数据进行极差分析与方差分析。
PBGA器件回流翘曲仿真及验证
PBGA 器件回流翘曲仿真及验证朱思雄1,黄彦1,李轶楠1,张振越1,彭鹏2(1.中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214035;2.深圳市国微电子有限公司,广东深圳518057)摘要:采用有限元分析法,运用Ansys 仿真工具,探究了EMC 的CTE 、厚度和芯片的厚度对PBGA 器件回流翘曲的影响。
仿真结果表明,通过选取与封装体其他器件CTE 相适配的EMC ,可以有效地补偿热失配引起的翘曲;同时,通过调整EMC 和芯片的厚度,也可以明显地改善翘曲。
PBGA 器件回流的翘曲测量值与有限元预测结果具有较好的一致性。
关键词:翘曲;仿真;回流;封装中图分类号:TP 391.99文献标志码:A 文章编号:1672-5468(2020)05-0071-04doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2020.05.017Simulation and Verification of PBGA Device Warpage duringReflow ProcessZHU Sixiong 1,HUANG Yan 1,LI Yinan 1,ZHANG Zhenyue 1,PENG Peng 2(1.The 58th Research Institute of CETC ,Wuxi 214035,China ;2.Shenzhen State Micro Electronics Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,China )Abstract :The effects of CTE and thickness of EMC and thickness of chip on warpage ofPBGA device during reflow process are explored by using finite element analysis and Ansys simulation tool .Simulation results show that warping caused by thermal mismatch can be effectively compensated by selecting EMC that is compatible with the CTE of other devices in the package.At the same time ,warping can be significantly improved by adjusting the thickness of EMC and chip.The measured warpage of PBGA device reflow is in good agreement with the finite element prediction result.Key words :warpage ;simulation ;reflow ;package 收稿日期:2019-12-02作者简介:朱思雄(1989-),男,湖北仙桃人,中国电子科技集团公司第五十八研究所工程师,硕士,主要从事封装工艺及仿真设计工作。
PBGA在高温下的翘曲分析与测定
PBGA在高溫下的翹曲分析與測定PBGA 在高溫下的翹曲分析與測定(1)熱膨脹率測定方法 (2)PBGA 翹曲測定法第(1)項採光學跟蹤裝置，第(2)項採雷射掃描(翹曲的絕對值)。
ESPI(Electronics Speckle Pattern Interferometer)法甚費時。
◎試驗材料Table 1. Seven types of specimens For CTE and warpage measurement.(1) BT 原材，35×35MM Æ開孔Æ貼銅箔Æ線路化Æ銲錫mask Æ鍍Ni/Au，以上4種試材測熱膨脹率。
(2) die 粘貼一種。
(3) molding 一種。
(4) PBGA 成品一種。
圖1為456個球腳(中間區的36個球腳主要用來散熱)的PBGA，欲測其側面的翹曲程度。
為不使雷射光反射/亂射，球腳面刷一層薄的白漆。
本BGA 的Die 9×9×0.5mm，BT 厚0.55mm(圖2)。
測定前另外先經過125℃、24小時的烘烤。
Fig 1. A 35X35mm 2 PBGA package Fig 2. A schematic side view of a PBGA (type G specimen) with 456 I/Os. Package (type G specimen).兩種◎熱膨脹率測定爐溫可達250℃，±2.5℃，爬升2℃/秒。
爐大小為200×120×170mm ，帶玻璃窗口，雷射光可射入。
爐緊貼光學測定組的table。
BGA 側立固定著。
Fig 3. A schematic of the experimental Setup up for CTE measurement.爐內的BGA 固定檯座與未接觸。
光線由爐底開孔射入(註：固定BGA 的檯座選熱膨脹率極低的材料)。
多芯片焊球阵列封装体受热载荷作用数值模拟
多芯片焊球阵列封装体受热载荷作用数值模拟毛佳;江振宇;陈广南;张为华【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2010(032)005【摘要】针对典型高密度多芯片BGA(焊球阵列)封装体建立三维有限元分析模型,研究不同尺寸封装体在稳态热载荷作用下的结构变形和应力情况,在此基础上引入包含等效梁和危险焊球真实几何形状和间距等在内的简化模型以进行序列分析,研究各设计参数对力学参量的影响.数值结果反映了封装体应力分布及其变化特点,表明影响封装体变形和应力的主要参数;提出的建模方法简便有效,可以方便地用来分析不同类型的BGA封装,并扩展应用至不同的分析目的,为此种结构的设计和优化提供一定参考.【总页数】6页(P23-28)【作者】毛佳;江振宇;陈广南;张为华【作者单位】国防科技大学,航天与材料工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,航天与材料工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,航天与材料工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,航天与材料工程学院,湖南,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】TB330.1【相关文献】1.芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球疲劳寿命预测 [J], 许杨剑;刘勇;梁利华;余丹铭2.再成形(Re-Balled)焊球阵列封装的焊球强度评估 [J], Lei Nie;Michael Osterman;Michael Pecht ;Fubin Song;Jeffrey Lo;S.W.Ricky Lee3.基于倒装芯片焊球阵列封装的高速串行器/解串器接口的信号完整性分析与优化[J], 任晓黎;孙拓北;庞建;张江涛4.电子封装件受热载荷作用有限元数值模拟分析 [J], 葛增杰;顾元宪;王宏伟;靳永欣5.陶瓷柱栅阵列封装芯片落焊控温工艺研究 [J], 王海超;丁颖洁;栾时勋;彭小伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
响应面法对PBGA封装元器件的有限元模型修正
响应面法对PBGA封装元器件的有限元模型修正张大鹏;李传日【摘要】目的：利用特殊设计夹具来模仿PCB板的典型插入式固定方式，通过响应面法对安装有PBGA的菊花链PCB板有限元模型进行修正。
方法有限元模型经过三次响应面修正，每一个修正阶段都计算仿真前三阶频率与相对应的模态试验结果相对比，建立两个目标函数，并利用多目标遗传算法来缩小仿真分析与模态试验结果。
结果有限元模型得到了有效的改善。
结论响应面法可以从实际出发来提升有限元模型准确度。
%Objective A specially designed fixture was used to mimic the typical boundary condition of plug-in PCB. A procedure based on response surface method (RSM) was proposed for modifying the finite element (FE) model of plastic ball grid array (PBGA) components mounted on daisy chain PCB. Methods The FE models were updated by RSM in three stages. In each stage, the first three resonant frequencies were calculated and contrasted with corresponding modal test results. Two objective functions were created and the difference between the simulation analysis and modal test results was minimized using a multi-objective genetic algorithm (MOGA). Results The FE model was effectively improved. Conclusion RSM could be used to improve the accuracy of the FE model in a practical way.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2016(013)002【总页数】6页(P52-57)【关键词】PBGA;模态试验;有限元模型;响应面;模型修正【作者】张大鹏;李传日【作者单位】北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京 100191;北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TJ01;TP211+.5有限元模型的准确性是分析模型特性的关键所在。
倒装芯片PBGA封装中芯片边缘裂纹的评定探讨
倒装芯片PBGA封装中芯片边缘裂纹的评定探讨杨建生;黄聚宏【摘要】在倒装芯片塑料球栅阵列封装(FCPBGA)中,增大芯片尺寸,大热膨胀系数的不匹配,已形成可靠性试验阶段芯片断裂这一主要的失效模式.以前观察到的多数芯片断裂,是芯片背部垂直方向的裂纹,是由于过度的封装扭曲和背部缺陷形成的.对于通过分离工艺和下填充材料诱发的芯片边缘缺陷,发现增加的芯片裂纹数量起源于芯片边缘,并沿着芯片横向传播.为了提高封装可靠性和性能,应消除芯片边缘裂纹现象.通过大量的有限元分析,弄清芯片边缘裂纹,并找出其解决方案.采用断裂力学方法,评定各类封装参数对芯片边缘初始断裂的影响.找出应变能释放率,对评定分离诱发裂纹的芯片边缘初始断裂来说,是一种有效的技术.探讨初始裂纹大小和各类封装参数的影响,与芯片底部裂纹现象不同,引起芯片边缘横向断裂的主要参数与局部效应关系更密切.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2015(044)009【总页数】6页(P5-10)【关键词】边缘裂纹;倒装芯片;横向断裂;塑料球栅阵列封装;下填充物【作者】杨建生;黄聚宏【作者单位】甘肃微电子工程研究院有限公司,甘肃天水741000;甘肃微电子工程研究院有限公司,甘肃天水741000【正文语种】中文【中图分类】TN305.94通过大量的有限元分析，弄清芯片边缘裂纹，并找出其解决方案。
采用断裂力学方法，评定各类封装参数对芯片边缘初始断裂的影响。
找出应变能释放率，对评定分离诱发裂纹的芯片边缘初始断裂来说，是一种有效的技术。
探讨初始裂纹大小和各类封装参数的影响，与芯片底部裂纹现象不同，引起芯片边缘横向断裂的主要参数与局部效应关系更密切。
倒装芯片技术为小尺寸和高可靠性电子封装业的需求提供了有效的解决方案，然而，硅芯片和塑料基板之间大的热膨胀系数（CTE），以及芯片尺寸的增大，在倒装芯片组装中产生了芯片裂纹这一主要的失效模式。
一种类型的芯片裂纹，是垂直方向的。
PBGA向FBGA转变过程中的挑战
PBGA向FBGA转变过程中的挑战
王延青
【期刊名称】《电子与封装》
【年(卷),期】2008(008)008
【摘要】文章论述了微电子封装技术的现状与发展趋势.介绍了两种高密度集成电路封装形式:PBGA和FBGA的特性和应用.论述了高密度产品由FBGA替代PBGA 封装过程中遇到的主要问题,并从焊线、锡球和PCB的电路线设计三个方面给出了短路的解决方法.同时,通过实例,比较了PBGA和FBGA封装工艺流程、封装所用主要材料、基板布局设计和产品的外形尺寸等.最后,给出了FBGA与PBGA相比较带来的经济效益和技术优势,以及FBGA替代PBGA产品的封装合格率和测试合格率.
【总页数】5页(P9-12,17)
【作者】王延青
【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,上海,201804
【正文语种】中文
【中图分类】TN305.94
【相关文献】
1.回流焊冷却过程中PBGA焊点力学行为分析 [J], 魏鹤琳;王奎升
2.PBGA于回流升温过程中翘曲机理研究 [J], 郭丹
3.中职学校向高职院校转变过程中的机遇与挑战 [J], 郭茂华
4.N-PMI-St-PB本体聚合过程中的相转变(Ⅰ)相转变过程中体系物理特征的变化[J], 陈媛;李宝芳;曹堃;李伯耿
5.二、经济发展方式转变进程中的财税政策：机遇和挑战经济发展方式转变进程中的机遇和挑战 [J], 马海涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FloTHERM仿真技术在提取集成电路封装双热阻模型中的应用
Science &Technology Vision科技视界FloTHERM 仿真技术在提取集成电路封装双热阻模型中的应用余昭杰于迪任艳周军连许实清杨云(工业和信息化部电子第五研究所,广东广州510610)【摘要】集成电路封装双热阻模型（R JC 和R JB ）可以用于电子产品散热分析时计算集成电路结温，然而基于实验测试来获取热阻模型需要花费大量经费和时间，因此可以借助仿真技术获取热阻参数。
本文首先介绍仿真技术提取集成电路封装双热阻模型的流程，最后通过搭建符合JEDEC 测试标准的虚拟热阻测试环境，对一款PBGA 封装的集成电路进行双热阻模型提取。
【关键词】双热阻模型；FloTHERM ；仿真技术0概述在进行电子产品散热分析时，集成电路封装热模型可以有三种建模方式，分别是块模型、热阻模型和详细模型。
目前国际主流集成电路厂商产品手册中比较常见的热阻模型是双热阻模型，如图1所示。
双热阻模型由三个结点T J 、T C 和T B 以及结到壳的热阻R JC 和结到板的热阻R JB 组成。
其中，T J 表示器件的结温，通常用芯片的平均温度代替，T C 表示芯片封装外壳外表面温度，T B 表示芯片封装外部引脚与电路板相接处或其附近区域的温度[1,3]。
图1双热阻模型示意图1通过仿真技术获取双热阻模型的流程首先，通过集成电路厂商或者其产品手册，获得集成电路的详细参数，如裸芯片、芯片载体等封装内部结构的物理尺寸，引脚或焊球的尺寸及分布特点，芯片功耗，封装内各结构的导热率等。
其次，利用第一步中获得的参数以及封装特点通过专业热分析软件对集成电路封装建立详细的模型。
详细模型包括封装中的大多数细节，以Flotherm 软件中PBGA 封装详细模型为例，包括焊球、芯片、模注树脂、基板、铜布线等。
最后，通过第二步中已验证有效的详细热模型提取双热阻模型。
提取双热阻模型的方法主要是将详细模型的表面划分为上表面和下表面，分别用一个结点代表。
PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测研究的开题报告
PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测研究的开题报告题目：PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测研究一、选题的意义和背景现在随着电子产品的普及，不同种类的电路板不断涌现，而PBGA（Plastic Ball Grid Array）是一种常见的电路封装技术，它采用芯片直接焊接在底板上，具有密集、高速、高稳定性等优点，被广泛应用于通信、消费电子、航天等领域。
然而，由于PBGA的小型化和高密度，焊点遇到的热应力很大，长期在高温环境下使用可能导致焊点开裂或剥离，这就需要对PBGA焊点热疲劳寿命进行预测和优化设计。
二、研究内容和方法研究内容主要包括PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测。
在焊接过程中，焊点形态直接影响焊点的质量和寿命，因此需要通过有限元模拟等方法，对焊点形态进行虚拟，优化焊接工艺参数，提高焊点质量。
同时，PBGA焊点在高温环境下会遇到热膨胀和收缩，导致应力的积累和变化，需要通过有限元模拟、热疲劳试验等手段，对焊点的热疲劳寿命进行预测和分析，从而实现优化设计和可靠性评估。
三、预期研究结果和意义预期通过PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测研究，可以提高PBGA焊接质量和可靠性，为电子产品设计和制造提供技术支持。
同时，也可以为相关企业提供有针对性的技术方案，促进其技术创新和市场竞争力的提高。
四、存在的问题和解决方案PBGA焊点热疲劳寿命预测研究中存在以下问题：1）有限元模拟结果的准确性和可靠性需要进一步验证；2）焊点形态虚拟需要考虑不同工艺参数和材料的影响，增加模型的复杂度和难度；3）热疲劳试验需要消耗大量时间和物力。
针对这些问题，可以采取以下解决方案：1）与实际试验结果进行对比和分析，优化模型和参数；2）结合实际焊接工艺和材料特性，建立激光焊接模型；3）开展计算机模拟试验，提高效率和可控性。
总之，本研究旨在通过PBGA焊点形态虚拟和焊点热疲劳寿命预测研究，为电子产品加工和制造领域提供技术支持，实现优化设计和可靠性评估。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在发生区域, 就得精确地分析其热应力、热应变的 特 点, 以便控制表面组装的质量, 提高其可靠性. 数值模拟分析后, 得到封装体的最大等效应力分 布云图.
材料 塑封材料
Κ (W
(m ℃) - 1) 2. 1
Α (10- 6 ℃- 1) 13. 8
E GPa 14. 21
Μ Θ (kg m - 3) பைடு நூலகம் (J (kg ℃) - 1)
0. 3
1 660
1 672
25 ℃: 153
硅 片
77 ℃: 119
2. 8
131
0. 3
2 330
712
127 ℃: 98. 9
验用红外线照相机拍摄的 PB GA 试件温度分布等
值线及试验测得的温度值, 其最高温度为 57. 0
℃. 这与文中所采用模型的计算结果相近, 尤其
是图 4 中两曲线的分布趋势基本一致, 只是由于
实验条件和环境的影响, 在温度数值上存在着一
定 的偏差. 从上面两图中的分布可以看出, 不管
是本文计算所得的数值结果, 还是 Rodgers 等的
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
636
大连理工大学学报
第 46 卷
大. 这是由于整个封装体是轴对称的几何体, 在 发生热变形后封装体的中心在 x、y 方向上将不会 产生变化, 在远离中心处的各位置热变形就会不 断地推移和积累, 在距离中心最远处的热变形因 此就会达到最大值, 而焊料和基板的热膨胀系数 也相对较大, 故最大热变形就发生在图示位置, 显 示 其 热 变 形 值 为 40. 9 Λm , 其 结 果 远 远 小 于 J ED EC 中规定的 200 Λm. 文献[ 4 ] 中, 在通过 165 ℃～ - 65 ℃ 的温度循环实验得到焊点的变形为 59 Λm , 与本文的结果相近.
FR 24 板
17
16
17. 2
0. 28
9 920
369
表 2 模型尺寸参数
T ab12 D im en sion of the PB GA a ssem b ly
材料
长 × 宽 (mm × mm )
塑封材料
9×9
硅片
5. 1 × 5. 1
粘接层
5. 1 × 5. 1
BT 基板
11. 43 × 11. 43
第46卷第5期 2006年9月
大连理工大学学报 Journa l of Da l ian Un ivers ity of Technology
Vol. 46, No. 5 Sept. 2 0 0 6
文章编号: 100028608 (2006) 0520633208
PB GA 封装体的热2结构数值模拟分析及其优化设计
图 5 PB GA 等效应力分布图
F ig15 von M ises stress distribu tion of PB GA
2. 2 热循环 ATC 的加载 PB GA 器件在实际工作中, 通常是在交变温
度载荷下进行工作的, 而热循环载荷就是典型的 交变温度载荷. 根据 H ung 等[3] 的热循环测验加 载方式, 本文对 PB GA 封装体进行热疲劳预测的 有限元分析采用的热循环温度变化范围为 165 ℃ ( - 40 ℃～ 125 ℃) , 升降温 15 m in, 高、低温各 保温 15 m in, 循环频率 f = 1 cycle h (11. 12 × 10- 4 H z) , 热载荷作用在所考察对象的全部节点 上. 为了便于分析以及考虑到器件的实际工作情 况, 选择零应力应变状态时的参考温度为室温 20 ℃. 假定环境温度均为 20 ℃, 无热源、无对流, 材 料 性质为各向同性. 在热循环的数值模拟中, 本 文主要从以下几个方面进行分析.
实验中硅片的四周都是温度分布较高的区域, 而
在环氧树脂的外缘的温度要低得多. 为了降低硅
片的温度, 现行的解决办法主要是在底座和环氧
树脂之间添加散热设施来降低硅片周围的温度.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
634
大连理工大学学报
第 46 卷
表 1 PB GA 封装体组成材料的性能参数
T ab11 T he p a ram eters of the PB GA p ackage com ponen ts m ateria ls
(1) 封装体的共面度问题 对 B GA 产品质量影响最大的一个问题是 B GA 的共面度, 即焊球安放在基底上的高度差. PB GA 封装体在热循环的升温或降温过程中 BT 基板就会产生因热而引起的变形, 焊料也随之发 生 流动. 这样焊球高度就产生了变化, 引起了共 面度的问题. PB GA 封装体的热变形应满足共面 度的要求以保证装配的良好性. 根据电子器件工程联合会 JED EC 的规定, 焊 球共面指标为 200 Λm 是可以接受的. 数值分析 结果如图 6, 位于芯片中心处的焊点热变形最小, 随着焊点距离中心位置的增大其热变形也越来越
Sn63 Pb37 焊料
直径 0. 76
FR 24 板
13. 5 × 13. 5
厚度 mm 1. 2 0. 3 0. 075 0. 4
节距 1. 27 0. 8
2 计算结果及分析
本 文建立了部分焊球阵列的三维模型, 由于 一 般封装体是轴对称的, 这里取 1 4 的对称模型 (图 2 (a) ) 进行分析研究. 应用 AN SYS 程序, 采 用 三维十节点四面体单元进行网格划分, 共有 30 481 个有限单元, 节点 54 841 个. 其中最薄的 粘 接层采用了一层单元, 划分了 9 248 个有限单 元. 其网格划分如图 2 (b) 所示. 考虑封装体在实 际工作时的情况, 进行下面几种工况的数值模拟: ① 热生成; ② 温度循环; ③ 综合考虑热生成和温 度循环的影响.
环氧树脂粘接剂 B T 基板
0. 188 14. 5
45
1. 405
0. 18
1 250
16
18. 62
0. 18
1 660
1 050 1 672
Sn63 Pb37 焊料
50
- 40 ℃: 29
25 ℃: 22. 39
25. 1
75 ℃: 17. 31 0. 43
8 460
957
125 ℃: 12. 23
关键词: 热弹性力学; 有限元; 焊点可靠性; 热循环; 热应力 中图分类号: O 34316 文献标识码: A
0 引 言
集 成电路技术的飞速发展、集成度的提高和 功率密度的增大, 导致芯片的发热功率也随之增 加. 元器件和印刷线路板 (PCB ) 中, 由于温度分 布不均匀 (存在温度梯度) 以及各种材料的热膨 胀 系数 (CT E) 不同, 在热膨胀 (或收缩) 时, 受周 围相邻单元体的限制和边界条件的约束, 就会产 生热应力, 特别是在不同材料的界面处, 热应力已 成为封装设计中足应引起重视的问题.
图 1 PB GA 示意图[1 ]
F ig11 M oun ted PB GA show ing the p ackaging com ponen ts[1]
其材料的性能参数见表 1. 根据实际尺寸, 设计模型尺寸参数如表 2 所示.
收稿日期: 2005201210; 修回日期: 2006208201. 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (重点项目 10032030) ; 辽宁省博士科研启动基金资助项目 (20021063). 作者简介: 葛增杰3 (19452) , 男, 教授, E2m ail: zeng jie ge@ sina. com.
劳就会使其发生裂纹, 致使焊点热疲劳失效.
(a) 等效应力
(b) 剪切应力
图 7 局部区域应力分布
F ig17 Stress d istribu tion w o rk ing in loca l a rea
图 6 PB GA 一级封装体的变形图
F ig16 D efo rm a tion p ictu re of PB GA
(W m 3) :
q=
(10.
2 ×10.
2 2 ×0.
3)
× 10-
9
=
6. 048 ×107
进行热生成以及热传导的加载后, 封装体的温度
分布如图 3、4 所示.
在 图 3 和 4 中, (a) 图是本次模拟分析的结
果, 显示了封装体内部及表面的温度分布, 最高温
度值是 63. 617 ℃; (b) 图为 Rodgers 等[2] 通过实
1 封装体模型
模型的实体来源于有 225 针的 PB GA 封装 体, 模型外为环氧树脂材料封装, 硅片通过金属丝 压焊方式连接到载体的上表面, 然后用塑模压成 形. 在载体的下表面连接有共晶或准共晶 SnPb 合金焊球阵列, 焊球和封装体的连接不需要另外 的焊料, 焊球直径为 0. 76 mm , 使用Sn63 P b37 的 共晶焊料, 再流焊时, 焊球发生塌陷, 形成了 0. 56 mm 高的半球形“引线”. 其一级封装体如图 1 所 示.
图 2 PB GA 封装体的有限元模型和网格图
F ig12 M odel and FEM m esh of PB GA p ackages