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Keywords: ceramic cylinder array package; finite element; thermal cycling; stress; strain
目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1 课题综述 1
1.2 研究意义 2
1.3 国内外的发展现状 2
1.4 本设计主要内容 3
1.5 本章小结 3
第二章 CCGA器件的结构及组成 5
2.1 有关CCGA器件的结构介绍 5
2.2 在CCGA器件上的焊柱分布介绍 5
2.3 有关CCGA器件焊接柱列结构的组成及介绍 6
2.4 CCGA器件焊接柱列的材料介绍 7
2.5 本章小结 7
第三章 对CCGA器件的有限元分析 9
3.1 关于有限元方法的认识 9
3.2 ANSYS有限元分析软件的基本介绍 9
3.3 CCGA器件参数确定及有限元模型的构建 10
3.3.1 模型的简化和理想化假设 10
3.3.2 构建几何模型 10
3.3.3 构建CCGA的有限元分析 11
3.3.3.1 材料属性 11
3.3.3.2 选择模型中的单元 12
3.3.3.3 关于有限元模型的划分网格 12
3.4 CCGA器件参数确定及有限元模型的构建 13
3.5 对于CCGA在热循环条件下的疲劳寿命研究 17
3.5.1 热循环疲劳 17
3.5.2 关于预测CCGA封装寿命的几种模型介绍 17
3.5.3 疲劳寿命评价过程 18
3.6 本章小结 18
第四章 CCGA器件的优化 19
4.1 陶瓷载体长度对CCGA器件可靠性影响的研究 19
4.2 封装基板厚度对CCGA器件可靠性影响的研究 20
4.3 焊柱的尺寸对CCGA器件可靠性影响的研究 21
4.3.1 焊柱高度对CCGA器件可靠性的影响 22
4.3.2 焊柱直径对CCGA器件可靠性的影响 23
4.3.3 焊柱间距对CCGA器件可靠性的影响 25
4.4 本章小结 25
结论与展望 26
致谢 27
参考文献 28
CCGA器件结构优化设计
第一章 绪论
随着当今世界科学技术的飞速发展电子元件的逐渐普及，电子元件从原来的体积大不方便存放和携带，运算速度不快，功能单一演变到了今天。如今的电子元件体积越来越小便于摆放和携带，运算速度非常快，能计算处理很多问题也有许多功能。所以电子元件的高质量制造是保证CCGA器件高性能的重要因素。电子元件的发展趋势是向小型化、高速化和集成化的方向发展。为了满足电子元件的制造要求，电子封装技术也渐渐的发展起来。CCGA电子封装技术是BGA电子封装技术其中的一种封装形式，是新发展起来的一种电子封装技术，各个领域里都广泛地运用的这种技术，可以说现代电子封装技术对于电子产品的发展起着至关重要的影响。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它的存在是至关重要的。
1.1 课题综述
在当代高科技飞速发展的时代，信息技术属于其中的佼佼者。包括新闻媒体的传播，技术技能的交流以及经济文化的相互扶持都少不了信息技术。而信息技术的发展主要依赖于计算机等电子设备功能的不断进步。随着1942年世界上第一台计算机在美国诞生，接踵而至，1947年在美国贝尔实验室的晶体管的发明弥补了以前电子管的种种缺陷，为集成电路的发明奠定了基础。在1958-1959年期间，锗集成电路和硅集成电路的问世推动了后来的通信技术与计算机技术的快速发展，这对社会各个工业部门，人们的日常生活以及各个科学领域都有着空前的影响，在电子技术的发展史上有着重要的意义。随着电子技术的飞速发展，人们对电子组装质量的要求也越来越高，封装的小型化、组装的高密度化以及各种新型封装技术不断涌现，种种外界因素推动了电子封装这一新型产业的出现。封装技术在传统意义上来说就是将绝缘保护装置譬如橡胶陶瓷等覆盖于电路板上的一种保护电子产品的技术。无论是计算机的核心配件CPU还是手机的主板芯片亦或者是液晶显示器的电路板等等都大规模地采用了电子封装技术，可以说该种技术影响到了我们日常生活的方方面面。它的主要工作形式是一块安装在半导体集成电路芯片上的的外壳，它不仅起着稳固结构、密封、隔离芯片以及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而完成了连接内部芯片和外加电路的工作。在电子产品服役过程中对于芯片的保护是至关重要的，芯片作为任何电子产品的大脑外界环境的好坏都会影响到芯片的稳定可靠，所以说芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。而另一方面，稳固后的芯片其可靠度很好，材料在搬运和输送过程中所受影响较小。在电子产品上使用优秀的封装技术会使得它的稳定性得到提升，性能得到提升并且更加便于安装。因此，对于集成电路电子产品而言，封装技术都非常关键。进行电子封装的材料大多都是绝缘性能的，都有利于电子产品的密封和自身的电性能。由于当代电子产品的发展，对于芯片的要求越来越高，包括其性能的要求，结构的要求，以及成本的要求，导致了电子封装技术也要不断地完善。比较成熟的封住技术包括PGA技术、SFF技术、BGA技术、QFP/PFP技术以及DIP技术。本课题所研究的CCGA封装技术是属于BGA封装形式的一类分支。BGA封装是指球栅阵列封装技术，该种技术的优势在于能够较好地解决主板的南、北桥芯片以及CPU等密度较为集中、性能要求较高且引脚多而复杂难以封装的难题，但不足之处是本身封装过程要求大量的基板面积。相对于QFP封装技术，该技术的输入输出引脚之间的距离较远而且数量比较多，整体的产品组装合格率是非常乐观的，再加上采用非常先进的焊接技术即共面焊接，使得整体产品的性能以及可靠性都是非常优秀的。而且关于信号传输方面，BGA封装的电子产品的传递信号的延迟都比较小，产品的适应频率都比较高。BGA封装技术的发展史上运用最为长久的是其中的CBGA技术，该种技术焊接过程中绝缘材料陶瓷作为焊料板，和铜板相结合用以保护整个电子产品的芯片线路，这一技术有效地解决了传统封装外壳的透气不好的缺点，并大大提高了自身的绝缘能力，是一种非常被广泛应用的封装技术，但是其本身所选用的保护材料为陶瓷，很容易在受热情况下，与PCB板发生相互挤压而失效。经过长期的研究人们在CBGA的基础上创造出了本课题所要研究的CCGA封装技术即陶瓷柱栅阵列封装技术，CCGA采用焊接柱列进行焊接取代了传统CBGA技术中的焊球焊接，有效的降低了了焊点在加热状态下由于热匹配性差而引起失效的情况。电子封装技术中封装器材结构的变化很大程度上会影响到电子产品的各项性能，而且焊接柱列结构的变化也会影响到整体的可靠性，对于焊柱整体结构的分布以及单个焊柱结构尺寸的把握，是有关CCGA器件优化设计环节当中最重要的部分。
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