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模擬仿真 - 半導體行業
熱循環測試（Thermal Cycling）是衡量電子產品焊接可靠性最常見的測試。以63.2%的統計壽命來計算焊球壽命。失效發生后，失效分析手段（切片、紅墨水、SEM/EDS、X-Ray等）就用來檢查失效位置及失效類型。
測試標準
1) JEDEC Standard JESD22-A104 Thermal Cycling
2) IPC 9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments
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有限元仿真模擬可以用來測試產品的理論壽命，通過軟件計算提前預知產品的可靠性，并對失效的機理進行分析，提前規避失效風險，從而優化產品設計，提供可靠性。
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| 產品及焊球Layout | 焊球開裂現象 |
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| 有限元模型 | 仿真測試中的溫度曲線 |
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| 一個熱循環后焊球的塑性應變能分布 | 不同等效模型的應變能密度變化 |
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| 采用不同的計算區域來預測熱循環壽命 | 不同壽命預測方法獲取的焊球熱循環壽命比較 |
▽ 芯片彎曲循環測試及壽命預測
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| 試驗裝置 | 傳感器安裝在PCB板的背面 |
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| 菊花鏈測試電阻監控焊球是否開裂（電阻上升100%） | 傳感器獲取的彎曲頻率下的PCB的應變幅值 |
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| 測試完成后的紅墨水驗證試驗 | 仿真計算結果和紅墨水試驗一致 |
| 傳感器應變值 | ||||
| 500ue | 750ue | 1000ue | ||
| 彎曲循環試驗測試 | 彎曲位移（mm） | 0.9 | 1.26 | 1.74 |
| 平均壽命（次） | 100k+ | 26412 | 10064 | |
| 數值仿真測試 | 等效應變（體積平均） | 5.16E-5 | 4.39E-4 | 1.28E-3 |
| 彎曲位移 | 0.918 | 1.400 | 1.904 | |
| 計算壽命 | 177284 | 29389 | 11924 | |
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▽ 芯片加速度沖擊仿真測試
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| 半正弦波沖擊測試 | 方波沖擊測試 |
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| 應變傳感器 | PCB板在半正弦波沖擊下的應變響應 |
▽ 芯片及元器件隨機振動條件下的壽命預測
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▽ 不同層疊結構及核心材料下的PCB板材料參數
| PCB Thickness | Polymer Core Material | PCB Data | 芯片焊球壽命（熱循環次數） | |||||||
| material number | CTE x | CTE y | CTE z | Flexural Modulus |
CTEx/ CTEy |
CTEz | Ex/Ey | Ez | ||
| 1.57 | EM370 | 12 | 15 | 40 | 24000 | 16.3 | 36.64 | 38166.5 | 28419.35 | 6500 |
| 1.608 | EM355 | 12 | 15 | 40 | 22000 | 17.03 | 34.98 | 43807.22 | 28923.65 | 5800 |
| 1.575 | FR4 | 17 | 17 | 60 | 17689 | 18.25 | 51.64 | 34765.76 | 21769.76 | 2850 |
▽ PCB板的翹曲會引起元器件受力集中
翹曲引起焊接變形，從而降低可靠性
▽ 不同封裝結構的電阻元件壽命表現及其原理
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(1).png) |
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▽ 焊球拉拔力測試
不同IMC厚度對焊球拉拔力的影響
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| IMC厚度(um) | 焊球開裂時的拉力（N） | |
| Cu3Sn | Cu6Sn5 | |
| 1 | 2 | 21.32 |
| 2 | 4 | 16.66 |
| 3 | 7 | 15.25 |
▽ 溫度循環條件下的焊料壽命計算
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| 引腳開裂原理 | 仿真測試中的溫度曲線 |
| 序號 | 焊料外形 | 累計應變能 （N.mm） |
剪切應變幅值 （mm） |
壽命 （循環次數） |
| 1 | 凹狀 | 0.00030 | 2.45e-3 | 5786 |
| 2 | 輕微凹陷 | 0.00021 | 1.84e-3 | 9120 |
| 3 | 輕微凸起 | 0.00028 | 2.22e-3 | 6166 |
| 4 | 凸起 | 0.00033 | 2.87e-3 | 5214 |
▽ ICT治具仿真測試
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