[發(fā)明專利]一種陶瓷焊柱陣列的熱疲勞壽命優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011173256.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112287582B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 董剛;李依依;郝飛飛;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F111/04;G06F119/02;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種陶瓷共柵陣列的熱疲勞壽命優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有CCGA熱疲勞壽命優(yōu)化時間周期長和成本高的缺陷，其方案是：建立初始有限元模型，計算CCGA的熱疲勞壽命L；選取對CCGA熱疲勞壽命有影響的因素；將所選因素參數(shù)化，計算因素對CCGA熱疲勞壽命的靈敏度；選取高靈敏度因素作為關鍵因素；選取關鍵因素參數(shù)建立正交試驗表；根據(jù)該試驗表建立相應的有限元模型進行試驗并處理，得到最優(yōu)因素組合；計算最優(yōu)因素組合下的CCGA熱疲勞壽命L'；若L大于L'，按照最優(yōu)因素組合參數(shù)設計基于CCGA的SIP結構。本發(fā)明在設計層面提高了CCGA熱疲勞壽命，減小了時間周期和成本，可用于基于CCGA的SIP的結構設計。

技術領域

本發(fā)明屬于微電子技術領域，尤其涉及一種材料壽命優(yōu)化方法，可用于基于陶瓷焊柱陣列CCGA的系統(tǒng)級封裝SIP的結構設計。

背景技術

CCGA是陶瓷球柵陣列CBGA概念的延伸，其封裝高度更高、散熱性更好、具有更高的熱-機可靠性；細長和柔軟的焊柱能更好地適應陶瓷基板和印刷電路板PCB之間的熱應力，焊點上的應力將通過焊柱的彎曲來進行釋放，從而提高器件的熱疲勞性能；在許多球柵陣列BGA應用領域需要高功率耗散，塑料球柵陣列PBGA、陶瓷球柵陣列CBGA顯然難以承擔，而CCGA就能滿足高功率耗散的要求；在超過625個輸入輸出端口I/O的連接中CCGA得到了廣泛的應用，但這些特性卻更容易導致機械損害，且由于使用環(huán)境的復雜化，設備失效的現(xiàn)象時常發(fā)生，特別是對于服役條件惡劣、需要長期服役的航空航天、汽車、軍用電子產(chǎn)品而言，故分析優(yōu)化CCGA的熱疲勞壽命具有十分重要的理論意義和應用價值。

現(xiàn)有技術對于CCGA熱疲勞壽命優(yōu)化的研究主要通過進行實驗觀察CCGA的疲勞變形以及CCGA的熱疲勞壽命，這種通過實驗的方法存在時間周期長，成本高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種關于陶瓷焊柱陣列的熱疲勞壽命優(yōu)化方法，以減小時間周期、降低成本，在設計層面提高陶瓷焊柱陣列的熱疲勞壽命。

為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的技術方案包括如下：

(1)根據(jù)基于陶瓷焊柱陣列CCGA的系統(tǒng)級封裝SIP結構，在PROE軟件中建立該結構的參數(shù)化幾何模型，并將該幾何模型導入ANSYS軟件中添加材料參數(shù)，通過Anand本構模型描述CCGA所使用材料的力學行為，加載約束以及多周期的溫度循環(huán)載荷，且每個周期高低溫駐留階段的時間相等，升降溫階段的時間相等，形成初始有限元模型；

(2)計算初始有限元模型中CCGA的等塑性應變范圍值A，通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型計算初始有限元模型中CCGA的熱疲勞壽命L；

(3)選取對CCGA熱疲勞壽命有影響的因素，包括材料屬性、幾何結構；

(4)通過仿真軟件對所選因素進行參數(shù)化，得到各因素對于CCGA熱疲勞壽命的靈敏度，并選取靈敏度排列靠前的N個因素作為關鍵因素，N為大于2的整數(shù)；

(5)在實際工程所允許的范圍內(nèi)選取各關鍵因素的參數(shù)，且每個關鍵因素選取的參數(shù)個數(shù)相同；

(6)根據(jù)各關鍵因素和其對應參數(shù)建立正交試驗表；

(7)根據(jù)正交試驗表建立相應的有限元模型，并進行仿真，得到正交試驗表中每組試驗的CCGA的等塑性應變范圍值A_k并填入正交試驗表中，再通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型計算正交試驗表中每組試驗的CCGA的熱疲勞壽命L_k填入正交試驗表中；

(8)計算正交試驗表中每組試驗的信噪比SNR，根據(jù)信噪比SNR計算不同關鍵因素在不同參數(shù)下的信噪比平均值M_ij，選取各關鍵因素信噪比平均值最大的參數(shù)，得到最優(yōu)因素組合；