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(dú)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(yīng)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(diǎn)可靠性問題凸顯。由于板級跌落測試試驗(yàn)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(bǔ)上述不足,因此有限元數(shù)值模擬技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。一般仿真分析時為了得到較為精確的計(jì)算結(jié)果,需要對焊點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分,而

2、PoP結(jié)構(gòu)復(fù)雜,底層焊點(diǎn)加上頂層封裝焊點(diǎn)數(shù)目達(dá)幾百個,尤其當(dāng)PCB上貼裝多個PoP時,往往致使總體求解規(guī)模極為龐大,計(jì)算非常耗時。子結(jié)構(gòu)技術(shù)具有降低計(jì)算規(guī)模、提高計(jì)算效率、保證一定精度的特點(diǎn),對于求解計(jì)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(yīng)用到PoP焊點(diǎn)跌落可靠性有限元分析中。
　　論文首先基于JESD22-B111標(biāo)準(zhǔn),建立了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了子結(jié)構(gòu)跌

3、落仿真分析,得到了整個組件焊點(diǎn)應(yīng)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(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明:PoP底層焊點(diǎn)應(yīng)力大于頂層焊點(diǎn)應(yīng)力,底層焊點(diǎn)較頂層焊點(diǎn)更容易失效;對于整個PCB組件,其中心區(qū)域PoP的焊點(diǎn)最外側(cè)角落焊點(diǎn)最易失效,該P(yáng)CB上其他兩處位置PoP焊點(diǎn)所受最大應(yīng)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(shí)體現(xiàn)焊點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)變率效應(yīng)的板級PoP組件進(jìn)行跌落分析,并考察了焊點(diǎn)高度,焊點(diǎn)直徑等因素對PoP焊點(diǎn)跌落可靠性的影響。得出結(jié)論:在數(shù)值模擬過程中,當(dāng)焊點(diǎn)采用應(yīng)變率效應(yīng)材料時,焊點(diǎn)應(yīng)力低于采用焊點(diǎn)彈性材料應(yīng)力,說明按線彈性模型模擬焊料的力學(xué)性能時,將使仿真過程的焊點(diǎn)應(yīng)力值高于實(shí)際跌落時焊點(diǎn)應(yīng)力值;增大焊點(diǎn)直徑或減小焊點(diǎn)高度可以減小焊點(diǎn)應(yīng)力、提

5、高焊點(diǎn)抗沖擊能力。
　　最后,針對焊點(diǎn)在動態(tài)四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)中和JEDEC標(biāo)準(zhǔn)跌落實(shí)驗(yàn)中所表現(xiàn)的力學(xué)行為接近,且動態(tài)四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單且可操作性強(qiáng),對PoP動態(tài)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行了仿真分析,探討了動態(tài)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)代替標(biāo)準(zhǔn)板級跌落試驗(yàn)評價PoP可靠性的可行性。通過分析動態(tài)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中PCB板的動態(tài)響應(yīng)情況和焊點(diǎn)應(yīng)力分布,并與板級跌落試驗(yàn)仿真結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩種實(shí)驗(yàn) PCB的動態(tài)響應(yīng)相似,焊點(diǎn)最大應(yīng)力出現(xiàn)位置相同,初步驗(yàn)證了動態(tài)