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模擬仿真 - 半導體行業

 

五十路(Thermal Cycling)是衡量電子產品焊接可靠性最常見的測試。以63.2%的統計壽命來計算焊球壽命。失效發生後,失效分析手段(切片、紅墨水、SEM/EDS、X-Ray等)就用來檢查失效位置及失效類型。

 

測試標準

1) JEDEC Standard JESD22-A104 Thermal Cycling

2) IPC 9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for   Surface Mount Solder Attachments

 

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有限元仿真模擬可以用來測試產品的理論壽命,通過軟件計算提前預知產品的可靠性,並對失效的機理進行分析,提前規避失效風險,從而優化產品設計,提供可靠性。

 

產品及焊球焊球開裂現象
產品及焊球Layout焊球開裂現象

 

有限元模型仿真測試中的溫度曲線
有限元模型仿真測試中的溫度曲線

 

壹個熱循環後焊球的塑性應變能分布不同等效模型的應變能密度變化
壹個熱循環後焊球的塑性應變能分布不同等效模型的應變能密度變化
采用不同的計算區域來預測熱循環壽命不同壽命預測方法獲取的焊球熱循環壽命比較
采用不同的計算區域來預測熱循環壽命不同壽命預測方法獲取的焊球熱循環壽命比較

 

▽ 芯片彎曲循環測試及壽命預測

 

試驗裝置傳感器安裝在PCB板的背面
試驗裝置傳感器安裝在PCB板的背面
菊花鏈測試電阻監控焊球是否開裂(電阻上升100%)傳感器獲取的彎曲頻率下的PCB的應變幅值
菊花鏈測試電阻監控焊球是否開裂(電阻上升100%)傳感器獲取的彎曲頻率下的PCB的應變幅值

 

測試完成後的紅墨水驗證試驗仿真計算結果和紅墨水試驗壹致
測試完成後的紅墨水驗證試驗仿真計算結果和紅墨水試驗壹致

 

  傳感器應變值
500ue750ue1000ue
彎曲循環試驗測試彎曲位移(mm)0.91.261.74
平均壽命(次)100k+2641210064
數值仿真測試等效應變(體積平均)5.16E-54.39E-41.28E-3
彎曲位移0.9181.4001.904
計算壽命1772842938911924

 

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▽ 芯片加速度沖擊仿真測試

 

半正弦波沖擊測試方波沖擊測試
半正弦波沖擊測試方波沖擊測試
應變傳感器PCB板在半正弦波沖擊下的應變響應
應變傳感器PCB板在半正弦波沖擊下的應變響應

 

▽ 芯片及元器件隨機振動條件下的壽命預測

 

熱循環測試

 

▽ 不同層疊結構及核心材料下的PCB板材料參數

 

PCB ThicknessPolymer Core MaterialPCB Data芯片焊球壽命(熱循環次數)
material numberCTE xCTE yCTE zFlexural Modulus

CTEx/

CTEy

CTEzEx/EyEz
1.57EM3701215402400016.336.6438166.528419.356500
1.608EM3551215402200017.0334.9843807.2228923.655800
1.575FR41717601768918.2551.6434765.7621769.762850

 

▽ PCB板的翹曲會引起元器件受力集中

 

焊接變形

翹曲引起焊接變形,從而降低可靠性

 

▽ 不同封裝結構的電阻元件壽命表現及其原理

 

熱循環測試

 

熱循環測試熱循環測試

 

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▽ 焊球拉拔力測試

 

不同IMC厚度對焊球拉拔力的影響

熱循環測試

 

IMC厚度(um)焊球開裂時的拉力(N)
Cu3SnCu6Sn5
1221.32
2416.66
3715.25

 

▽ 溫度循環條件下的焊料壽命計算

 

引腳開裂原理仿真測試中的溫度曲線
引腳開裂原理仿真測試中的溫度曲線

 

序號焊料外形累計應變能
(N.mm)
剪切應變幅值
(mm)
壽命
(循環次數)
1凹狀0.000302.45e-35786
2輕微凹陷0.000211.84e-39120
3輕微凸起0.000282.22e-36166
4凸起0.000332.87e-35214

 

▽ ICT治具仿真測試

 

ICT治具仿真測試

 

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