[发明专利]一种新型BGA焊点热疲劳仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种新型BGA焊点热疲劳仿真分析方法，首先通过建立热风再流焊BGA群焊点形态预测模型，模拟热风再流焊接后中BGA群焊点的形态。其次，在BGA群焊点形态预测模型的基础上建立PCBA的热力耦合仿真模型，仿真BGA焊点在热循环载荷下的应力应变情况。根据应力应变结果，选取BGA群焊点中关键焊点，创建针对关键BGA焊点的包含焊点形态和IMC初始厚度的子模型。经仿真分析，得出关键BGA焊点在热循环载荷下的应力应变情况。最后基于塑性应变范围和Coffin‑Manson公式计算焊点热疲劳寿命，得到在热循环条件下的热疲劳寿命。本发明分析流程简洁、能够综合考虑BGA群焊点的形态和IMC初始厚度，提高了BGA热疲劳寿命预测精度。

技术领域

本发明涉及仿真预测技术领域，尤其涉及一种新型BGA焊点热疲劳仿真分析方法。

背景技术

BGA封装电子产品可靠性与其焊点可靠性密切相关。影响焊点可靠性的因素有很多，如材料属性、焊点的几何形状、焊点的IMC厚度、工况环境等。在这些因素中，焊点的几何形状和IMC厚度对焊点可靠性起着至关重要的作用。因此，BGA焊点的形态和IMC初始厚度对于BGA焊点的高可靠性分析以及再流焊工艺优化等都具有重要的意义。

现有的再流焊BGA焊点热疲劳可靠预测方法都存在明显的简化或假定，都不能预测BGA群焊点形态和IMC厚度综合作用下的焊点热疲劳寿命，而实际中焊点热疲劳寿命是这些因素综合作用下的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型BGA焊点热疲劳仿真分析方法，旨在提高BGA焊点热疲劳寿命预测模型的准确性，简化分析流程。

为实现上述目的，本发明采用一种新型BGA焊点热疲劳仿真分析方法，包括下列步骤：

建立热风再流焊BGA群焊点形态预测模型，模拟热风再流焊接中BGA群焊点的形态；

建立PCBA热力耦合仿真模型，仿真BGA群焊点应力应变情况；

分析所述BGA群焊点应力应变情况，确定关键BGA焊点的位置；

建立关键BGA单焊点子模型；

基于所述关键BGA单焊点子模型建立关键BGA单焊点和IMC厚度的热力耦合仿真模型；

计算BGA单焊点的热疲劳寿命。

其中，在建立PCBA热力耦合仿真模型，仿真BGA群焊点应力应变情况的过程中，所述热风再流焊BGA群焊点形态预测模型包括：PCBA温度场仿真模块、PCBA热变形仿真模块和BGA群焊点液-固相形态预测模块，综合考虑液固相变、PCB热变形、焊点的温度场变化耦合因素影响下的BGA群焊点形态预测的仿真，得出BGA焊点的形态。

其中，在建立PCBA热力耦合仿真模型，仿真BGA群焊点应力应变情况的过程中，在所述热风再流焊BGA群焊点形态预测模型仿真结果的基础上，以规定温度循环为热载荷，并考虑BGA焊点形态对BGA应力应变的影响。

其中，所述关键BGA单焊点子模型的建立需综合分析PCBA的物理结构和BGA焊点中IMC的初始厚度。

其中，在基于所述关键BGA单焊点子模型建立关键BGA单焊点热力耦合仿真模型的过程中，所述关键BGA单焊点热力耦合仿真模型建立在所述关键BGA单焊点子模型的基础上，以规定温度循环为热载荷，进行热力耦合仿真计算，且考虑BGA焊点形态和IMC初始厚度对BGA焊点应力应变的影响。

其中，所述热疲劳寿命基于Engelmaier修正的Coffin-Manson公式计算。