基于子結(jié)構(gòu)法的板級PoP跌落沖擊可靠性分析研究.pdf

1、PoP(Package-on-Package,封裝上封裝)具有裝配前各封裝器件可以單獨測試,提高產(chǎn)品貼裝良品率等諸多優(yōu)勢,近幾年在便攜式電子產(chǎn)品中得到廣泛應用。但便攜式電子產(chǎn)品在使用過程中經(jīng)常會遭受到跌落沖擊載荷,使PoP焊點可靠性問題凸顯。由于板級跌落測試試驗具有成本高和周期長的局限性,而有限元模擬方法可以彌補上述不足,因此有限元數(shù)值模擬技術受到越來越多的關注。一般仿真分析時為了得到較為精確的計算結(jié)果,需要對焊點進行精細的網(wǎng)格劃分,而

2、PoP結(jié)構(gòu)復雜,底層焊點加上頂層封裝焊點數(shù)目達幾百個,尤其當PCB上貼裝多個PoP時,往往致使總體求解規(guī)模極為龐大,計算非常耗時。子結(jié)構(gòu)技術具有降低計算規(guī)模、提高計算效率、保證一定精度的特點,對于求解計算規(guī)模較大的結(jié)構(gòu)分析具有極大優(yōu)勢,因此有必要將子結(jié)構(gòu)方法應用到PoP焊點跌落可靠性有限元分析中。
　　論文首先基于JESD22-B111標準,建立了標準板級PoP跌落分析三維有限元模型,通過對PCB上不同位置PoP逐個進行了子結(jié)構(gòu)跌

3、落仿真分析,得到了整個組件焊點應力分布情況,并將子結(jié)構(gòu)法與常規(guī)有限元仿真結(jié)果進行了比較。研究結(jié)果表明:PoP底層焊點應力大于頂層焊點應力,底層焊點較頂層焊點更容易失效;對于整個PCB組件,其中心區(qū)域PoP的焊點最外側(cè)角落焊點最易失效,該PCB上其他兩處位置PoP焊點所受最大應力相差不大;子結(jié)構(gòu)方法與常規(guī)有限元法方法仿真結(jié)果具有良好的一致性,子結(jié)構(gòu)方法是常規(guī)有限元法方法仿真速度的4倍,說明了子結(jié)構(gòu)法求解跌落仿真問題的有效性。
　　為

4、了使仿真結(jié)果能更真實體現(xiàn)焊點遭受跌落沖擊的情況,論文以 PCB上受力最大PoP為分析對象,采用子結(jié)構(gòu)法對考慮了焊點應變率效應的板級PoP組件進行跌落分析,并考察了焊點高度,焊點直徑等因素對PoP焊點跌落可靠性的影響。得出結(jié)論:在數(shù)值模擬過程中,當焊點采用應變率效應材料時,焊點應力低于采用焊點彈性材料應力,說明按線彈性模型模擬焊料的力學性能時,將使仿真過程的焊點應力值高于實際跌落時焊點應力值;增大焊點直徑或減小焊點高度可以減小焊點應力、提

5、高焊點抗沖擊能力。
　　最后,針對焊點在動態(tài)四點彎曲實驗中和JEDEC標準跌落實驗中所表現(xiàn)的力學行為接近,且動態(tài)四點彎曲實驗實驗設備簡單且可操作性強,對PoP動態(tài)四點彎曲試驗進行了仿真分析,探討了動態(tài)四點彎曲試驗代替標準板級跌落試驗評價PoP可靠性的可行性。通過分析動態(tài)四點彎曲試驗中PCB板的動態(tài)響應情況和焊點應力分布,并與板級跌落試驗仿真結(jié)果進行了比較,發(fā)現(xiàn)兩種實驗 PCB的動態(tài)響應相似,焊點最大應力出現(xiàn)位置相同,初步驗證了動態(tài)