典型PBGA封装热—结构分析及其优化

摘要

实践证明，热作用是封装组件失效破坏的主导因素，电子产品使用环境的日益严酷，将加剧组件焊点的热变形，使得疲劳损伤快速积累并最终导致焊点乃至设备失效。因此，对于封装热—结构分析及焊点热疲劳寿命研究具有非常重要的意义。
　　本文首先介绍了电子封装的基础理论，典型塑封球栅阵( Plastic Ball Grid Array,简称PBGA)封装结构热分析基础理论，焊点热疲劳寿命预测方法，基于仿真软件ANSYS焊点热疲劳寿命预测基本流程。其次，针对典型PBGA封装结构自身的特点，基于仿真软件ANSYS二次开发技术和开发工具软件C++ Builder，开发了针对典型PBGA封装结构进行参数化建模、热—结构分析和焊点热疲劳寿命预测的软件。然后，研究了不同的类型PBGA封装的基本热性能，分析焊点在热循环载荷条件下的失效行为和PBGA封装器件失效的具体位置，借助疲劳寿命模型对焊点的热疲劳性能进行分析并计算其疲劳寿命，同时考察影响焊点热疲劳寿命的几何因素（包括焊点尺寸）、物性参数（包括焊点、芯片和基板的物性参数），分析了影响焊点失效的共性规律。最后，引进了一种新的热优化设计技术（响应曲面法），提出了一种焊点热疲劳寿命优化设计方法，使器件的设计参数获得优化解。
　　实例证明，开发出的典型PBGA封装结构的热-结构分析软件能提高封装结构热性能分析和焊点疲劳寿命预测的效率。并且本文研究了典型 PBGA封装结构总体热性能和焊点疲劳寿命，给出了关于 PBGA封装焊点热疲劳寿命问题的热优化设计方法。所完成的工作对PBGA封装热设计具有一定的指导意义。