模拟仿真 - 半导体行业
热循环测试（thermal cycling）是衡量电子产品焊接可靠性最常见的测试。以63.2%的统计寿命来计算焊球寿命。失效发生后，失效分析手段（切片、红墨水、sem/eds、x-ray等）就用来检查失效位置及失效类型。
测试标准
1) jedec standard jesd22-a104 thermal cycling
2) ipc 9701 performance test methods and qualification requirements for surface mount solder attachments
有限元仿真模拟可以用来测试产品的理论寿命，通过软件计算提前预知产品的可靠性，并对失效的机理进行分析，提前规避失效风险，从而优化产品设计，提供可靠性。
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| 产品及焊球layout | 焊球开裂现象 |
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| 有限元模型 | 仿真测试中的温度曲线 |
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| 一个热循环后焊球的塑性应变能分布 | 不同等效模型的应变能密度变化 |
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| 采用不同的计算区域来预测热循环寿命 | 不同寿命预测方法获取的焊球热循环寿命比较 |
▽ 芯片弯曲循环测试及寿命预测
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| 试验装置 | 传感器安装在pcb板的背面 |
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| 菊花链测试电阻监控焊球是否开裂（电阻上升100%） | 传感器获取的弯曲频率下的pcb的应变幅值 |
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| 测试完成后的红墨水验证试验 | 仿真计算结果和红墨水试验一致 |
| 传感器应变值 | ||||
| 500ue | 750ue | 1000ue | ||
| 弯曲循环试验测试 | 弯曲位移（mm） | 0.9 | 1.26 | 1.74 |
| 平均寿命（次） | 100k | 26412 | 10064 | |
| 数值仿真测试 | 等效应变（体积平均） | 5.16e-5 | 4.39e-4 | 1.28e-3 |
| 弯曲位移 | 0.918 | 1.400 | 1.904 | |
| 计算寿命 | 177284 | 29389 | 11924 | |
▽ 芯片加速度冲击仿真测试
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| 半正弦波冲击测试 | 方波冲击测试 |
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| 应变传感器 | pcb板在半正弦波冲击下的应变响应 |
▽ 芯片及元器件随机振动条件下的寿命预测
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▽ 不同层叠结构及核心材料下的pcb板材料参数
| 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板的翘曲会引起元器件受力集中
翘曲引起焊接变形，从而降低可靠性
▽ 不同封装结构的电阻元件寿命表现及其原理
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▽ 焊球拉拔力测试
不同imc厚度对焊球拉拔力的影响
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| 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计算
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| 引脚开裂原理 | 仿真测试中的温度曲线 |
| 序号 | 焊料外形 | 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 | 轻微凹陷 | 0.00021 | 1.84e-3 | 9120 |
| 3 | 轻微凸起 | 0.00028 | 2.22e-3 | 6166 |
| 4 | 凸起 | 0.00033 | 2.87e-3 | 5214 |
▽ ict治具仿真测试
