基于BGA的复杂PCB模组仿真分析

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BGA封装已经成为高端IC封装的主要形式。而焊点的热-力失效问题一直是影响电子器件可靠性的主要原因。增加散热器是大功率芯片散热的有效途径,但螺钉预紧力的增加使得焊球的受力情况更加复杂。本文基于Ansys有限元软件,针对实际的多BGA芯片的复杂PCB板模组,建模和仿真分析PCB板的变形和焊球的疲劳寿命。并分析模型分别在不同因素的影响下,PCB板的变形和焊球寿命的变化规律。从而为提高产品的可靠性提供理论依据。主要工作如下:1.针对实际生产中含有47个BGA芯片的PCB板模组,通过一定的简化,特别是对焊球阵列采用一种“回”字形的简化方法,建立了全简化模型,使得模型组件的仿真能够完成。2.先通过对全简化模型的静态仿真,得到危险芯片的位置,然后在动态温度循环条件下,对危险芯片下无铅SAC305焊球采用Anand粘塑性本构方程,仿真分析得到PCB板的变形和危险焊球的应力应变响应规律。并根据Engelmaier方程计算得出危险焊球的疲劳寿命。3.分别分析模型在两种不同焊球材料,五种不同螺钉孔位置,五种不同螺钉预紧力,五种不同铝衬底厚度,两种不同温循条件下,PCB板的变形和焊球寿命的变化规律。得到结论:焊球材料对PCB板变形的影响很小,有铅焊球的寿命是无铅焊球寿命的4~9倍;螺钉孔距离芯片越近,PCB板的变形越小,焊球寿命越大;螺钉预紧力越大,PCB板的变形越大,焊球寿命越小;铝衬底厚度越大,PCB板变形越小,焊球寿命越小;温循范围为0~100℃时,焊球寿命在3000cycles以上,温循范围为-55~125℃时,焊球寿命在1000cycles以下。
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