XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System焊点
基于加速机械测试和有限元分析的焊点寿命建模
焊料疲劳是电力电子模块中观察到的主要故障模式之一。在使用条件下，电力电子部件会受到由电阻加热引起的反复温度波动。由于热膨胀系数不匹配，材料互连处会产生热机械应力。尽管如此，高可靠性应用要求使用寿命长达 30 年。因此，需要加速测试方法。然而，由于非弹性变形的应变率依赖性，理论寿命建模对于将加速测试方法的结果与通常的使用条件进行比较是必要的。本研究报告了一种在 20 kHz 超声波频率下运行的机械测试方法。在测试过程中，样品会受到反复弯曲变形，直到焊点最终断裂。确定了从室温到 175 ◦ C 的不同温度下裂纹萌生的循环次数。此后，对疲劳实验进行 FEM 计算机模拟，其中粘塑性 Anand 模型用作焊料的材料模型。用损伤累积模型评估焊料中裂纹的起始时间，该模型结合了 Coffin-Manson 模型和 Goodman 关系的多轴版本。结果表明，该模型可应用于焊料合金 PbSnAg、Sn3.5Ag 和 SnSbAg。
封装材料对无铅焊点热机械循环过程中拉伸应力的影响
摘要 电子组件使用各种具有不同机械和热性能的聚合物材料来在恶劣的使用环境中提供保护。然而，机械性能的变化（例如热膨胀系数和弹性模量）会影响材料的选择过程，从而对电子产品的可靠性产生长期影响。通常，主要的可靠性问题是焊点疲劳，这是电子元件中大量故障的原因。因此，在预测可靠性时，有必要了解聚合物封装（涂层、灌封和底部填充）对焊点的影响。研究表明，当焊料中存在拉伸应力时，由于聚合物封装的热膨胀，疲劳寿命会大大缩短。拉伸应力的加入使焊点处于周期性多轴应力状态，这比传统的周期性剪切载荷更具破坏性。为了了解拉伸应力分量对微电子焊点疲劳寿命缩短的影响，有必要将其分离出来。因此，我们构建了一个独特的样本，以使无铅焊点经受波动的拉伸应力条件。本文介绍了热机械拉伸疲劳样本的构造和验证。热循环范围与灌封膨胀特性相匹配，以改变施加在焊点上的拉伸应力的大小。焊点几何形状的设计具有与 BGA 和 QFN 焊点相关的比例因子，同时保持简化的应力状态。进行了 FEA 建模，以观察焊点在热膨胀过程中的应力-应变行为，以适应各种灌封材料的特性。焊点中轴向应力的大小取决于热膨胀系数和模量以及热循环的峰值温度。样本热循环的结果有助于将由于灌封材料的热膨胀而导致焊点经历的拉伸应力的大小与各种膨胀特性相关联，并为封装电子封装中焊点的低周疲劳寿命提供了新的见解。简介大量电子元件故障归因于焊点疲劳故障。航空航天、汽车、工业和消费应用中的许多电子元件都在波动的温度下运行，这使焊点受到热机械疲劳 (TMF) 的影响。电子组件中的焊料疲劳是温度波动和元件与印刷电路板 (PBC) 之间热膨胀系数 (CTE) 不匹配的结果。在温度变化过程中，PCB 和元器件 CTE 的差异会引起材料膨胀差异，从而使焊点承受剪切载荷。为了减少芯片级封装 (CSP) 中焊点所承受的剪切应变，人们使用了各种底部填充材料来限制焊点的变形。芯片级焊料互连（例如倒装芯片封装中的焊料）尤其受益于底部填充材料，因为它可以重新分配热膨胀应力，从而限制施加在焊料凸点上的应变。除了限制剪切应变之外，底部填充材料的膨胀还会导致球栅阵列 (BGA) 焊点产生较大的法向应变。Kwak 等人使用光学显微镜的 2D DIC 技术测量了热循环下焊点的应变 [1]。他们发现，CTE 为 30 ppm/ºC 且玻璃化转变温度 (T g ) 为 80ºC 的底部填充材料在 100ºC 的温度下可以产生 6000 µƐ 的平均法向应变。这些高法向应变并不像 BGA 封装中的剪切应变那样表现出与中性点距离相同的依赖性。法向应变的大小与 CTE、弹性模量 (E)、封装尺寸和温度有着复杂的依赖关系。法向应变的增加使焊点受到剪切应变和轴向应变的组合影响，这反过来又使焊点在温度波动的条件下受到非比例循环载荷。
凸块尺寸对倒装芯片焊点电流密度和温度分布的影响
采用三维热电分析模拟了共晶SnAg焊料凸点在收缩凸点尺寸时的电流密度和温度分布。研究发现，对于较小的焊点，焊料中的电流拥挤效应显著降低。减少焊料时，热点温度和热梯度增大。由于焦耳热效应，凸点高度为144.7 lm的焊点最高温度为103.15℃，仅比基板温度高3.15℃。然而，当凸点高度降低到28.9 lm时，焊料中的最高温度升高到181.26℃。焊点收缩时会出现严重的焦耳热效应。较小焊点中焦耳热效应较强可能归因于两个原因，首先是Al走线的电阻增加，它是主要的热源。其次，较小凸块中的平均电流密度和局部电流密度增加，导致较小焊料凸块的温度升高。2009 年由 Elsevier Ltd. 出版。
含铅和无铅焊点的微观结构、等温和热机械疲劳行为
* 通讯作者 Ahmad Baroutaji 博士 英国伍尔弗汉普顿大学工程学院，特尔福德创新园区，Priorslee，特尔福德，TF2 9NT，英国 电话：+44 (0)1902 322981；传真：+44 (0)1902 323843 电子邮件地址：ahmad.baroutaji2@mail.dcu.ie
回顾表面光洁度和冷却速度对...的影响
随着人们对铅 (Pb) 毒性的环保意识日益增强，再加上严格的法规，铅基焊料的使用为无铅焊料合金的发展提供了必然的驱动力。已经进行了许多研究来评估焊料合金和表面处理对焊点可靠性的影响。然而，随着电子设备需求的增加，需要提高焊点的机械性能，以跟上当前电子设备技术的发展。在本研究中，总结了表面处理和冷却速度对使用镍基表面处理的焊点可靠性的影响。该研究重点研究了镍基表面处理 (ENIG 和 ENEPIG)，采用不同的冷却介质，慢速（炉）、中速（空气）和快速（水）。研究发现，表面处理的类型和冷却速度可以改变焊料金属间化合物 (IMC) 的形态，并直接改变焊点的机械性能。据报道，更快的冷却速度可以提供更细的 IMC 晶粒，这可能会转化为更好的焊点强度。本文提出的结果可能有助于进一步研究并促进焊点可靠性的改进。关键词：焊料合金、表面光洁度、界面反应、焊点和冷却速率。
PCB 裂纹对采用单晶焊点的无源微电子元件热循环可靠性的影响
无铅锡基焊点通常具有单晶粒结构，取向随机，且特性高度各向异性。这些合金通常比铅基焊料更硬，因此在热循环期间会向印刷电路板 (PCB) 传递更多的应力。这可能会导致靠近焊点的 PCB 层压板开裂，从而提高 PCB 的柔韧性，减轻焊点的应变，进而延长焊料疲劳寿命。如果在加速热循环期间发生这种情况，可能会导致高估现场条件下焊点的寿命。在本研究中，使用偏光显微镜研究了连接陶瓷电阻器和 PCB 的 SAC305 焊点的晶粒结构，发现其大多为单晶粒。热循环后，在焊点下的 PCB 中观察到裂纹。这些裂纹很可能是在热循环的早期阶段在焊料损坏之前形成的。为了详细研究这些观察结果，我们开发了一种有限元模型，该模型结合了单晶焊点随温度变化的各向异性热性能和机械性能。该模型能够以合理的精度预测 PCB 和陶瓷电阻焊点中损伤起始的位置。它还表明，即使长度非常小的 PCB 裂纹也可能显著降低焊点中累积的蠕变应变和蠕变功。所提出的模型还能够评估焊料各向异性对陶瓷电阻相邻（相对）焊点损伤演变的影响。
迭代机器学习辅助框架在焊料互连中的疲劳和蠕变损伤之间架起桥梁
摘要 — 电子系统中焊点寿命估算方法成本高昂且耗时，加上数据有限且不一致，对将可靠性考虑作为电子设备主要设计标准之一提出了挑战。在本文中，设计了一个迭代机器学习框架，使用一组自修复数据来预测焊点的使用寿命，这些数据通过热负荷规格、材料特性和焊点几何形状强化了机器学习预测模型。自修复数据集通过相关驱动神经网络 (CDNN) 迭代注入，以满足数据多样性。结果表明，在很短的时间内，焊点的寿命预测精度得到了非常显著的提高。分别评估了焊料合金和焊料层几何形状对焊点蠕变疲劳损伤演变的影响。结果表明，Sn-Ag-Cu 基焊料合金通常具有更好的性能。此外，蠕变和疲劳损伤演化在 Sn-Pb 和 Sn-Ag-Cu 基焊料合金中分别占主导地位。所提出的框架提供了一种工具，允许在制造的早期阶段对电子设备进行可靠性驱动的设计。
硅太阳能电池上 SN42BI59 焊点的金属间相生长和显微硬度
摘要：新型太阳能电池技术对温度的敏感性迫使人们使用熔点较低的焊料合金进行互连 [1]。我们的研究探讨了应用于硅异质结 (SHJ) 太阳能电池低温银金属化的 Sn42Bi58 焊点中金属间相生长和显微硬度的动力学。通过严格的实验和分析，我们了解了这些因素对焊点机械和材料性能的影响。通过横截面显微镜研究了与传统锡铅焊料相比，Sn42Bi58 焊料的微观结构变化，揭示了增大的金属间颗粒和相边界生长。这些变化归因于低熔点焊料的较低同源温度，预计会对焊点的机械强度产生负面影响。对于金属间相 Ag 3 Sn 模拟预测 SHJ 模块运行 25 年后潜在层厚度为 20 µm。我们的结果表明，Ag 3 Sn 相对显微硬度有显著影响。经过老化处理后，低温银金属化的纳米硬度增加了一倍，从 660 ± 53 N/mm² 增加到 1367 ± 411 N/mm²。这种硬度的提高主要归因于 Ag 3 Sn 金属间化合物相的主导作用。关键词：无铅焊接、金属间化合物、显微硬度、互连、长期稳定性 1 引言
优化板级可靠性测试板的边界条件，以最大限度提高热循环和随机振动下球栅阵列焊点的疲劳寿命
摘要：为提高热循环和随机振动条件下焊点疲劳可靠性，对板级可靠性（BLR）试验板的螺丝孔位置进行研究。建立BLR试验板的有限元模型，推导了热循环和随机振动条件下影响焊点疲劳寿命的主要参数塑性应变能密度和1-sigma应力。通过灵敏度分析，分析了螺丝孔位置与疲劳寿命主要参数之间的相关性。通过多目标优化，确定了热循环和随机振动条件下焊点疲劳寿命最大的螺丝孔位置。与初始螺丝孔位置的BLR试验板相比，优化螺丝孔位置后的BLR试验板在热循环和随机振动条件下的疲劳寿命明显提高。
晶圆级芯片封装中早期焊球偶尔脱离对后续微结构演变和焊点疲劳的影响
摘要 — 电子产品的不断小型化与工业和汽车电子产品的严格可靠性要求相结合，是新兴封装技术面临的一大挑战。一方面是增加对环境载荷下损坏的了解。因此，在温度循环测试之后，对组装在印刷电路板 (PCB) 上的晶圆级芯片级封装的焊点进行了分析。在所研究的封装中，有限数量的接头没有与 PCB 铜垫形成适当的机械连接。虽然这并非有意为之，但这些情况会导致这些接头在最初几个热循环内脱落。然而，这种状况提供了一个独特的机会来比较热机械载荷（连接接头）和纯热载荷（脱落接头）后的焊点微观结构，它们直接位于彼此相邻的位置。结果表明，微结构老化效应可以直接与接头中载荷增加的区域联系起来。对于分离的焊点来说尤其如此，它们几乎可以保留其初始微观结构，直到受到热分布高温部分的影响。通过有限元模拟，如果孤立的焊球从板上脱落，可以进一步量化相邻焊点增加的负载。在介绍的一个案例中，角焊点的寿命仅减少了 85%。