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256引脚塑料球阵列封装的焊点热疲劳分析

  2.1 建立模型
  256-PBGA-2727模型的建立参考于三星电子本社的产品。整体的尺寸为27mm x 27mm x 2.33mm. 图1为封装的侧面示意,FR-4 PCB电路板的尺寸是15.0mm x 15.0 mm x 1.57mm, BT基板的尺寸是13.5mm x 13.5mm x 0.56mm, 硅片的尺寸是2.54mm x 2.54mm x 0.5mm, 塑封胶(EMC)的尺寸为13mm x 13mm x 1.17mm, 锡球在回流以后的高度为0.6mm, 直径为0.76mm,锡球间距1.27mm,铜焊盘大小为0.65mm。

 

  表1列出了材料的主要参数,热膨胀系数,杨氏模量和泊松比。

  由于锡球在室温时高于自身熔点的一半,因此蠕变行为在变形中占了主导地位。在ANSYS中采用阿兰德模型(Anand’s constitutive model),模型分为一个流体方程和三个进化方程:

   
  对于成分为62Sn36Pb2Ag的锡球,阿兰德方程的参数列在表2中。


   2.1.1  全局模型
  在模型的网格划分中采用了10节点的四面体单元(Solid45)和8节点的四面体模型(Visco107)。由于结构的对称性,只选择了封装的1/8部分来进行计算。划分如图2所示。虽然此模型可以预测变形,但是焊点的网格比较稀疏,在预测应力/应变时不够精确,整个模型的单元数为125,000。

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