1.简要介绍
随着技术的不断进步,芯片的封装工艺不断往小型化的方向发展,BGA封装的芯片在实际使用过程中会出现焊点连接失效等问题,本文对某芯片进行失效分析,介绍模态分析和谐响应分析的流程。
2.有限元仿真设置
使用三维设计软件建立芯片模型,其中忽略了芯片引脚、基板布线等结构,简化模型包括主芯片(陶瓷封装)、其余芯片(塑料封装)、连接器插槽、PCB板、螺钉等,如下图所示。
分别对主芯片(陶瓷封装)、其余芯片(塑料封装)、连接器插槽、PCB板、螺钉等设置相关材料参数。
接下来进行边界条件设置:1)对4个螺钉设置固定约束;2)其余器件之间设置为结合接触。
网格划分,生成的网格如下图所示。
首先进行模态分析,计算完成后,提取芯片模态分布及对应的频率,如下图所示。
第一阶振型
第二阶振型
第三阶振型
可以看出芯片前三阶固有频率低于500HZ,位移结果的大小在模态分析中没有意义。
接下来进行谐响应分析,谐响应分析是用来确定结构在简谐载荷作用下的稳态响应,从而探测共振。
结合模态分析结果,响应频率范围取0-500HZ,对固定约束上施加沿Z向的加速度载荷,频率-加速度载荷曲线如下图所示。
频率-加速度载荷曲线
模块在一阶固有频率附近出现共振,主芯片最大应力值为1.6Mpa,
模块在二阶固有频率附近出现共振,主芯片最大应力值为0.35Mpa,
模块在三阶固有频率附近出现共振,主芯片最大应力值为0.23 Mpa,
而主芯片的焊接材料Sn63Pb37在50℃条件下的许用应力值为22.96Mpa,因此在施加的载荷条件下,焊点不会出现开裂现象。
3.总结
芯片失效仿真分析,首先需要进行模态仿真,得到结构的固有频率,接下来进行谐响应仿真,注意施加的载荷与频率的对应关系,得到固有频率下的应力值,并与结构的许用应力值比较,再结合实际情况进行优化设计。
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