干货| 基于ANSYS ACT开发的电子封装焊点疲劳寿命分析
可靠性在现代电子产品中具有极其重要的地位，而微电子产品的封装的可靠性是保证电子产品的整体可靠性的技术关键。典型PBGA封装电子封装在工艺或工作过程中,往往要承受大幅度循环热载荷的作用，温度的变化导致在材料热膨胀系数失配的封装结构中产生热胀冷缩，但由于受到外部约束或内部的变形协调要求而不能自由变化，就会在结构内产生热应力/应变。电子封装的热-力疲劳失效问题在BGA/PBGA焊点中尤为突出，因为焊点起着电气连接及支撑器件的作用，单个焊点的破坏可能导致整个封装结构的失效,因此焊点可靠性的研究成为BGA/PBGA可靠性研究的重点。目前，通过CAE仿真技术对焊点寿命预测方法和疲劳模型已开展了相关的研究，从现有可参考的文献可归结出焊点疲劳模型分别有：1、以塑性变形为基础的预测模型；2、以蠕变变形为基础的预测模型；3、以断裂参量为基础的预测棋型；4、以能量为基础的预测模型。虽然这些模型的理论有所不同，但它们都能反映焊点疲劳的规律，只是准确度和适用的范围不同。本文重点介绍ANSYS基于ACT工具开发出的—“Solder Joint Fatigue Life“焊点疲劳分析ACT插件的功能和使用方法。1、“Solder Joint Fatigue Life“插件的疲劳模型采用的是基于能量的Darveaux疲劳寿命模型：该模型给出了每一循环周期中的平均塑性功密度的累积ΔWavg与焊点产生初始裂纹时的循环数N0以及裂纹扩展速率da/dN之间的关系。基于能量的Darveaux疲劳寿命模型上图式中，K1、K2、K3、K4为材料裂纹萌生和扩展参数，是通过实验测试得到的，a是裂纹表征长度。从图中可以看出，焊点疲劳总寿命是产生初始裂纹的循环数和裂纹扩展到整个焊点开口直径时的循环数之和。2、“Solder Joint Fatigue Life“插件已将Darveaux模型的疲劳寿命分析流程进行了封装处理，在对话框中只需选择需要分析的焊球几何、K1、K2、K3、K4材料参数以及循环时间和焊球直接。这极大简便了仿真工程师对电子封装焊点疲劳前处理的工作，提高了仿真效率；之前没有该插件，如需实现该分项流程，则需要采用ANSYS APDL语言。故该插件也降低了对仿真工程师能力的要求。Solder Joint Fatigue Life“插件简便的输入界面3、在求解计算后，可以直观的以表格的形式输出焊点的疲劳寿命等结果数据；后处理查看焊点疲劳寿命结果4、ANSYS用户在ANSYS官网的ACT Store中可以下载“Solder Joint Fatigue Life“插件；而且是免费的。来源：艾迪捷
