华为技术有限公司    叶裕明、刘桑

摘要：电子产品在生产、运输、运行阶段承受了热应力、机械应力、振动、碰撞 等恶劣环境，这对产品的可靠性设计提出了严重挑战。本文介绍了有限元仿真技术在电子产品板级工艺可靠性设计分析中的应用， 涉及单板机械变形分析、面阵列器件焊点热应力分析等。

    上世纪90年代初，有限元仿真技术开始在电子封装及组装领域广泛应用，至今已能对电子产品 进行热分析、结构分析、电磁场分析以及各种物理场的耦合分析。

    近年来，业界在板级工艺可靠性研究中应用仿真技术关注的重点是：面阵列器件焊点疲劳可靠性评估、面阵列器件焊点跌落冲击可靠性评估、PCBA高温翘曲变形、PTH疲劳可靠性评估、CSP/Underfill可靠性评估等方面。

    本文主要对工艺可靠性仿真分析典型模型、材料数据、方法进行了总结，并结合实际的案例阐述仿真技术的应用。

    材料特性

    焊点材料

1、锡铅焊料

    A、焊点材料模型 

    锡铅焊点本构推荐使用9参数的Anand粘塑性模型与4参数的Garofalo蠕变模型，具体如表1和表2所示。

    B、裂纹扩展模型 

    对于锡铅焊点，业界广泛采用的是Darveaux裂纹扩展模型：

    其中，W为单位体积焊点每个循环中的塑性功增量，需要注意的是，每个循环的增量必须保持稳定。K1～K4为材料常数，Darveaux,R.给出了63Sn37Pb焊料的相关系数[1]。

    C、加速因子计算模型 

    对于锡铅焊料，业界公认采用如下加速模型：

    其中，f为循环频率、T为温度幅值、Tmax为峰值温度。

2、无铅焊料（SnAgCu）

    A、焊点材料模型 

    对于无铅焊料，由于焊料成份的差别，业界所用的模型也各有差别，表3列出了不同合金成份的Garofalo模型。