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模仿仿真 - 半导体行业

 

热循环测试(Thermal Cycling)是权衡电子产物焊接牢靠性最罕见的测试。以63.2%的统计寿命来盘算焊球寿命。生效产生后,生效剖析本领(切片、红墨水、SEM/EDS、X-Ray等)就用来查抄生效地位及生效范例。

 

测试尺度

1) JEDEC Standard JESD22-A104 Thermal Cycling

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

 

无限元仿真模仿可以用来测试产物的实际寿命,经过软件盘算提早预知产物的牢靠性,并对生效的机理举行剖析,提早躲避生效危害,从而优化产物设计,提供牢靠性。

 

产物及焊球 焊球开裂征象
产物及焊球Layout 焊球开裂征象

 

无限元模子 仿真测试中的温度曲线
无限元模子 仿真测试中的温度曲线

 

一个热循环后焊球的塑性应变能漫衍 差别等效模子的应变能密度变革
一个热循环后焊球的塑性应变能漫衍 差别等效模子的应变能密度变革
接纳差别的盘算地区来预测热循环寿命 差别寿命预测要领获取的焊球热循环寿命比力
接纳差别的盘算地区来预测热循环寿命 差别寿命预测要领获取的焊球热循环寿命比力

 

▽ 芯片弯曲循环测试及寿命预测

 

实验安装 传感器安置在PCB板的反面
实验安装 传感器安置在PCB板的反面
菊花链测试电阻监控焊球能否开裂(电阻上升100%) 传感器获取的弯曲频率下的PCB的应变幅值
菊花链测试电阻监控焊球能否开裂(电阻上升100%) 传感器获取的弯曲频率下的PCB的应变幅值

 

测试完成后的红墨水验证实验 仿真盘算结果和红墨水实验同等
测试完成后的红墨水验证实验 仿真盘算结果和红墨水实验同等

 

    传感器应变值
500ue 750ue 1000ue
弯曲循环实验测试 弯曲位移(mm) 0.9 1.26 1.74
均匀寿命(次) 100k+ 26412 10064
数值仿真测试 等效应变(体积均匀) 5.16E-5 4.39E-4 1.28E-3
弯曲位移 0.918 1.400 1.904
盘算寿命 177284 29389 11924

 

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▽ 芯片加快度打击仿真测试

 

半正弦波打击测试 方波打击测试
半正弦波打击测试 方波打击测试
应变传感器 PCB板在半正弦波打击下的应变相应
应变传感器 PCB板在半正弦波打击下的应变相应

 

▽ 芯片及元器件随机振动条件下的寿命预测

 

热循环测试

 

▽ 差别层叠布局及焦点质料下的PCB板质料参数

 

PCB Thickness Polymer Core Material PCB Data 芯片焊球寿命(热循环次数)
material number CTE x CTE y CTE z Flexural Modulus

CTEx/

CTEy

CTEz Ex/Ey Ez
1.57 EM370 12 15 40 24000 16.3 36.64 38166.5 28419.35 6500
1.608 EM355 12 15 40 22000 17.03 34.98 43807.22 28923.65 5800
1.575 FR4 17 17 60 17689 18.25 51.64 34765.76 21769.76 2850

 

▽ PCB板的翘曲会惹起元器件受力会合

 

焊接变形

翘曲惹起焊接变形,从而低落牢靠性

 

▽ 差别封装布局的电阻元件寿命体现及其原理

 

热循环测试

 

热循环测试 热循环测试

 

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▽ 焊球拉拔力测试

 

差别IMC厚度对焊球拉拔力的影响

热循环测试

 

IMC厚度(um) 焊球开裂时的拉力(N)
Cu3Sn Cu6Sn5
1 2 21.32
2 4 16.66
3 7 15.25

 

▽ 温度循环条件下的焊料寿命盘算

 

引脚开裂原理 仿真测试中的温度曲线
引脚开裂原理 仿真测试中的温度曲线

 

序号 焊料形状 累计应变能
(N.mm)
剪切应变幅值
(mm)
寿命
(循环次数)
1 凹状 0.00030 2.45e-3 5786
2 轻细凹陷 0.00021 1.84e-3 9120
3 轻细突出 0.00028 2.22e-3 6166
4 突出 0.00033 2.87e-3 5214

 

▽ ICT治具仿真测试

 

ICT治具仿真测试

 

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