本文關(guān)鍵詞：微電子封裝器件熱失效分析與優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：微電子封裝器件憑借其良好的性能,在通訊、交通、國防、宇航以及醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著其封裝密度的不斷增大,其重要性顯著提升,其封裝結(jié)構(gòu)的失效也往往會造成難以承受的后果。本文在廣泛查閱了國內(nèi)外相關(guān)問題的文獻后,運用有限元方法重點對微電子封裝結(jié)構(gòu)失效的主要發(fā)生部位——焊點的熱疲勞失效行為進行了分析研究,并提出了優(yōu)化設(shè)計方案。本文選取了一個典型的微電子封裝器件,某型號直流-直流功率變換器作為研究模型。結(jié)合熱彈性力學(xué)和粘塑性力學(xué)的相關(guān)理論運用有限元軟件分析了其整體的溫度和應(yīng)力應(yīng)變情況,同時還重點分析了器件中最易失效的焊點結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)加載條件下的非彈性應(yīng)變,并對焊點的熱疲勞壽命進行了預(yù)測�；诤更c熱疲勞分析所廣泛使用的經(jīng)典熱循環(huán)加載形式,本文提出了一種基于瞬態(tài)熱分析改進的熱循環(huán)加載形式,并分別使用改進前后兩種熱循環(huán)加載形式對研究模型加載,對比發(fā)現(xiàn)兩種形式下得出的熱疲勞壽命預(yù)測結(jié)果存在明顯差異。本文結(jié)合改進后的熱循環(huán)加載形式分別對使用無鉛焊料替代錫鉛焊料、使用底充膠加固錫鉛焊點以及使用底充膠加固并以無鉛焊料替換錫鉛焊料三種工藝方法對焊點熱疲勞壽命的提升效果進行了定量分析。分析結(jié)果顯示,對比無底充膠加固錫鉛焊點工藝：使用無鉛焊點工藝可以小幅(17.72%)提升焊點壽命；使用底充膠加固錫鉛焊點的工藝則具有更大的提升幅度(31.83%)；而結(jié)合無鉛焊料和底充膠加固兩種工藝則可獲得可觀的壽命提升(253.90%),遠大于單獨使用兩種工藝方法提升效果的累積。
【關(guān)鍵詞】：微電子封裝 焊點 有限元 熱循環(huán) 熱疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN405
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-15
• 1.1 本文研究背景和意義7
• 1.2 微電子封裝技術(shù)7-12
• 1.2.1 微電子封裝技術(shù)概述7-9
• 1.2.2 微電子封裝技術(shù)分級9-10
• 1.2.3 常見微電子封裝形式10-12
• 1.3 微電子封裝熱失效分析及其研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.1 微電子封裝熱失效12
• 1.3.2 焊點熱疲勞壽命研究12
• 1.3.3 相關(guān)問題的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及特色13-15
• 1.4.1 本文的主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4.2 本文的特色14-15
• 2 研究實例的選取及初步分析15-29
• 2.1 研究實例的選取及其參數(shù)15-17
• 2.1.1 研究實例的選取15
• 2.1.2 研究實例的參數(shù)15-17
• 2.2 實體模型的建立17-19
• 2.3 初步分析的基本原理19-22
• 2.3.1 熱力學(xué)原理19-20
• 2.3.2 熱彈性理論20-21
• 2.3.3 有限元原理21-22
• 2.4 有限元模型的建立22-23
• 2.5 初步分析23-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 3 常規(guī)熱循環(huán)加載形式下錫鉛焊點熱失效分析29-39
• 3.1 焊點熱失效概述29
• 3.2 焊點的失效機制及原理29-32
• 3.2.1 焊點蠕變.疲勞交互作用原理29-30
• 3.2.2 焊點熱疲勞壽命預(yù)測模型30-32
• 3.2.3 Anand本構(gòu)模型概述32
• 3.3 基于Anand模型的焊點疲勞失效常規(guī)分析32-37
• 3.4 基于Coffin-Manson經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷暮更c疲勞壽命預(yù)測37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 4 改進型熱循環(huán)加載形式的分析與設(shè)計39-46
• 4.1 傳統(tǒng)熱循環(huán)加載方式的改進39-41
• 4.1.1 加載溫度場的改進39
• 4.1.2 溫度升高/降低過程歷時的改進39-40
• 4.1.3 熱循環(huán)溫度波動幅度的改進40-41
• 4.2 改進后的熱循環(huán)加載形式的具體設(shè)置41-42
• 4.3 兩種加載方式得出結(jié)果的對比42-45
• 4.3.1 改進熱循環(huán)加載形式的分析結(jié)果42-44
• 4.3.2 基于改進熱循環(huán)加載形式分析結(jié)果的疲勞壽命預(yù)測及對比44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 5 不同封裝工藝方法對焊點熱疲勞壽命的影響與分析46-61
• 5.1 無鉛焊料概述46-48
• 5.2 無鉛焊點壽命預(yù)測48-51
• 5.3 底充膠概述51-53
• 5.4 底充膠加固狀態(tài)下焊點壽命預(yù)測53-56
• 5.5 底充膠加固狀態(tài)下無鉛焊點壽命預(yù)測56-59
• 5.6 各工藝方法下焊點熱疲勞壽命的對比分析59-60
• 5.7 本章小結(jié)60-61
• 6 總結(jié)與展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-66

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本文編號：563227