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芯片封装分析

概述

电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。随着全球电子工业的飞速发展,电子产品的设计愈来愈精细、复杂;市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时,还要日趋小型化。电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题,需要多门学科的理论和方法的综合应用。

针对电子领域关注的各种线性、非线性、热力耦合,湿热耦合,跌落、开裂等力学问题Simulia有针对性的提供了相应的有限元分析解决方案。Simulia的有限元分析能力已经被全球各大电子生产和设计单位所检验并得到了广泛的认可。

Simulia被应用于电子行业的各个方面,微观到芯片级组装,失效以及微观级别焊接等问题,宏观诸如个人电子用品的抗震,跌落,模态,热流动等分析。并且被各大电子设计厂商采用进行新产品的研发和设计。

随着电子产业的发展,印刷电路板组件(PCBA)的应用范围越来越广泛,众所周知,印刷电路板的主要载体是功能与封装各异的电子元器件,在各种电子产品和电子设备的使用和服役过程中,不可避免的出现电子元器件的失效与破坏。随着对电子元器件失效机理和实验与数值研究的不断深入,逐步形成了一门新的对各行业影响深远的学科,即电子产品的可靠性分析,具体定义为产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力,它是电子产品质量的一个重要组成部分。

在进行电子产品可靠性分析时,人们发现电子元器件在使用和服役过程中恶劣的环境对电子元器件失效的影响很大,其中主要包括电磁环境、热冲击/循环载荷、潮湿环境以及各种形式的机械载荷,尤其是振动冲击载荷对电子元器件的失效影响巨大。

Abaqus软件已被全球工业界广泛接受,并拥有世界最大的非线性力学用户群。Abaqus软件以其强大的非线性分析功能以及解决复杂和深入的科学问题的能力,除了在广大工业用户中得到认可外,也在以高等院校、科研院所等为代表的高端用户中得到广泛赞誉。

随着研究水平提高所引发的对高水平分析工具需求的加强,Abaqus软件在各行业用户群中所占据的地位也越来越突出。电子领域是Abaqus软件的一个重要应用领域。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的电子企业都是Abaqus软件的重要用户。在国内,摩托罗拉中国电子有限公司和诺基亚中国投资有限公司,比亚迪,联想,伟创力,Radius,UT-斯达康等均采用Abaqus软件进行手机跌落的分析,飞利浦利用Abaqus做显示屏受力分析、Intel中国公司,华为,ASM等做电子封装分析,艾默生和中兴采用Abaqus进行大型机柜的抗震以及强度分析等等。

应用领域

1、ABAQUS的非线性功能在微电子产品强度方面的应用

Abaqus的非线性包括材料、几何和接触非线性,在微电子封装及可靠性分析中,由于材料种类较多,广泛涉及FR4、PCB、芯片,焊脚金属、钎料等多种材料,同时焊点钎料温度特性显著,易发生蠕变等,因此材料非线性是微电子封装分析中的一个重要方面,此外还需要考虑芯片组装级受到冲击后发生翘曲等大变形以及不同材料结构之间的接触,界面的强度和属性等非线性行为;

2、ABAQUS的低周疲劳/热疲劳分析

Abaqus具有专业的低周疲劳分析模块,非常适合微电子封装的低周机械疲劳和热疲劳分析,是个准静态分析;用于联合傅里叶级数和非线性材料行为得到结构的稳态循环响应;联合瞬态分析,避免大量的数值成本;可以利用线性或非线性局部材料塑性变形执行;被用于预测塑性渐进的可能性;从几何上假定线弹性行为和固定的接触条件;使用弹性刚度,因此方程系统被转制;可用于预测延性材料的累积损伤和失效,或者预测薄板复合材料在低周疲劳分析下的分层、解理扩展;

3、ABAQUS的断裂力学分析

Abaqus针对断裂力学的失效分析具有很好的解决方案,不仅可以评估裂纹尖端的应力场强度因子K、J积分或T应力等断裂力学参数,还可以根据不同的判据和方法实现不同的判据进行裂纹起始和扩展过程的数值模拟。具体包括:

(1)通过Seam预置裂纹实现断裂力学参数评估;

(2)采用Debond方法和VCCT方法进行裂纹扩展过程分析;

(3)材料的损伤与损伤演化、紧固件失效、摩擦磨损以及腐蚀烧蚀;

(4)Cohesive力学行为模拟裂纹扩展;

(5)低周疲劳损伤失效与断裂失效;

(6)XFEM——拓展有限元方法;

上述各种强大的断裂与损伤力学分析模块可以很好的模拟微电子封装结构的失效及相关的可靠性分析。

4、ABAQUS的热、电、磁和输运等多物理场耦合分析

Abaqus具有优秀的多物理场耦合分析的功能,例如可以采用输运分析、热分析和强度分析实现湿气在微电子元器件中的传输分析,在受热的条件下蒸汽压导致芯片的失效;此外,Abaqus可以有效地分析电流导致的热效应,由电流流经导线产生热量,再进行传热分析和后续的强度和应力分析等。


 


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