BGA封装的热应力分析及其热可靠性研究

论文摘要

微电子器件的失效往往与其所处的环境温度及工作温度有关,如何有效解决其热可靠性问题已成为制约微电子封装发展的关键技术之一。因此,对微电子封装器件的温度分布以及热应力进行研究就显得十分重要,具有重要的理论和实际意义。本文建立了简易的焊点模型,利用公式推导计算出焊点在温度上升时各处的剪应力分布情况,利用有限元软件ANSYS10.0建立了球栅阵列（BGA）结构封装体的基本模型,在计算时考虑到芯片具有一定的功率,工作时会产生热量的实际情况,对封装结构的温度场分布进行了仿真,并将温度结果作为体载荷施加给封装体,分析其所受热应力情况。为了研究恶劣环境温度下封装体的可靠性,分析了封装体经受-55℃～+125℃温度循环荷载作用下所受热应力应变情况,以预测处于极端恶劣环境中的电子器件的疲劳寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微电子封装研究内容
• 1.2.1 微电子封装技术的发展
• 1.2.2 目前主流封装形式
• 1.2.3 BGA封装
• 1.3 微电子封装可靠性
• 1.3.1 环境对封装可靠性的影响
• 1.3.2 焊点失效及影响因素
• 1.3.3 焊点可靠性工程
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文所要研究的内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 温度场理论
• 2.1.1 热传递的基本方式
• 2.1.2 初始条件和边界条件
• 2.1.3 温度场的泛函表达式
• 2.2 热应力理论
• 2.2.1 热弹性理论基本方程
• 2.2.2 热应力的有限元方程
• 2.3 牛顿-辛普森法则
• 2.4 疲劳寿命预测理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 材料性质及简易模型的力学分析
• 3.1 材料性质
• 3.1.1 线性材料性质
• 3.1.2 非线性材料性质
• 3.2 简易焊点的力学分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 数值模拟
• 4.1 ANSYS有限单元分析软件
• 4.1.1 ANSYS软件的介绍
• 4.1.2 ANSYS 软件的APDL编程
• 4.2 BGA封装的有限元仿真
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 模型架构
• 4.3 模拟结果
• 4.3.1 热分析结果
• 4.3.2 热-结构耦合
• 4.3.3 热循环分析结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献