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专利号: 202311298240X
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种球栅阵列封装芯片热应力仿真方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1、建立球栅阵列封装模型:基于有限元分析方法,建立芯片焊点力学本构模型,通过芯片焊点力学本构模型,反映非弹性应变与施加荷载的关系;

S2、确定芯片焊点应力应变响应:单个芯片最外侧焊点受到的应力最大,内部焊点的应力小于最外侧焊点,整个应力变化呈现出从外侧向内部逐渐减少的趋势;利用此种应力变化仿真出实际芯片焊点失效范围和趋势;当焊点产生疲劳裂纹时,其等效静力分布更为明显,将该位置标记为危险点,危险点内部具有温度差异,随着环境载荷变化,危险点产生较大的结构应力,等效应力处于波动状态;

S3、封装芯片热应力仿真:模拟热应力变化,以此预测焊点在热循环下的疲劳寿命;在球栅阵列封装加载时,考虑结构的对称性,在基板和芯片外侧施加对称位移约束,中心施加主应力方向的位移约束;热循环过程中,封装局部位置产生集中应力应变;计算各焊点应力应变,随着循环周期的增加,得出整体变化趋势,与相同条件下的剪切性能进行对比,以此完成热应力变化过程。

2.根据权利要求1所述的球栅阵列封装芯片热应力仿真方法,其特征在于,所述S1具体包括以下步骤:采用粘塑性本构方程,计算芯片焊点变形量;设定变形阻抗为变量参数,表征焊点材料在热应力过程中的平均阻抗,则焊点本构结构模型表示为:α=λβ (1)公式(1)中,α表示焊点本构结构;λ表示材料参数;β表示变形阻抗;

λ在恒应变速率条件下的计算公式为:

公式(2)中,a表示用力乘子;v表示非弹性应变速率;c表示常数;p表示激活能;T表示绝对温度;m表示应变率敏感指数;

建立模型使用的流动方程如下:v=f(α,β,T) (3)将式(1)与(2)带入式(3),得到流动方程的具体形式:

模型变量变化方式表示为:

式(5)中,A表示给定温度和应变的变量饱和值;B表示系数;n表示饱和值反应率敏感指数。

3.根据权利要求1所述的球栅阵列封装芯片热应力仿真方法,其特征在于,所述S3中,对于某一节点的应力状态,在一定变形条件下,焊点的等效应力达到某一定值,则进入屈服状态,利用屈服原则判断焊点的行为性质,计算公式如下:

式(6)中,P表示屈服应力;P1,P2,P3表示主应力;

根据屈服应力,判断焊点是否表现为塑性行为;根据线性热应力理论,得到热力学弹性方程为:

式(7)中,θ1,θ2,θ3表示主应力应变;I表示拉压对应的弹性模量;μ表示泊松系数;η表示热膨胀系数;T表示温度。