电子封装焊点疲劳寿命分析方法技术

本发明专利技术公开了一种电子封装焊点疲劳寿命分析方法，本发明专利技术的方法以多芯片组件焊点在热循环载荷下的疲劳寿命预测问题作为切入点，分析并构建了概率失效物理建模框架，并详细的说明了各个关键步骤逐步实施的策略，并着重展开说明了如何利用贝叶斯理论对试验所测得的寿命数据进行融合的策略，在此基础上构建了贝叶斯信息更新框架；并通过在所获得模型中关键参数不确定性的先验分布的基础上拟合得到的焊点的先验寿命分布较为广泛并且偏离实测值，在贝叶斯理论框架下与热循环实测数据进行融合，进而得到了与实际情况更为吻合的且更为集中的焊点的后验寿命分布。

【技术实现步骤摘要】
电子封装焊点疲劳寿命分析方法
本专利技术属于系统可靠性分析及寿命评估
，具体涉及基于失效物理分析方法和贝叶斯更新理论的电子封装焊点受内外在因素对其寿命影响的分析方法。
技术介绍
当前微电子封装正朝着更轻、更薄、性价比更高及其更可靠的方向发展。多芯片组件作为现今最为先进的一种封装形式，正逐步在军事装备、航天部件、汽车电子部件、工业设备及电子系统产品中得以广泛推广应用。多芯片组件(Multi-ChipModule,MCM)是在混合微电路薄厚膜技术基础上发展起来的新兴的高密度立体封装技术，它是将多个集成电路裸芯片高密度地贴装互连在多层布线的基板上，然后再整体封装起来构成能完成多功能、高性能的电子部件或整机、子系统乃至系统所需要功能的一种新型微电子组件。典型的多芯片组件是在多层布线基板上，采用微电子技术与互联工艺将电阻器、电容器和电感等无源元件(印制、淀积或片式化)与IC裸芯片进行二维甚至三维组合并电气连接，在实施必要的有机树脂灌封与机械或气密封装构成的部件级的复合器件。相比传统的封装形式，多芯片组件拥有更大的封装密度和功率密度，进而导致其在热循环载荷下的更大的热应力。因此，热机械可靠性问题成为了MCM在热循环载荷下的主要研究内容。其中，大量的研究表明多芯片组件焊点在热循环载荷下的周期性的应变导致损伤的累积，进而萌生裂纹直至最终的疲劳断裂为其最为主要的失效模式。这主要是由于多芯片组件衬底与多层布线基板间的热膨胀系数在热循环载荷下的失配所导致的。目前大多数研究均聚焦在使用有限元仿真技术和加速热循环测试对焊点的疲劳寿命进行分析研究。但是，对影响焊点疲劳寿命的各种内外在影响因素的不确定性问题，例如焊点的几何形状、材料的疲劳性能和温度循环的测试剖面等却很少有相关研究。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的上述问题，提供了一种基于失效物理分析方法和贝叶斯更新理论的电子封装焊点受内外在因素对其寿命影响的分析方法。本专利技术采用的技术方案为：一种电子封装焊点疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：S1：针对电子封装部件构建对应的失效物理模型，针对具体的多芯片组件建立对应的疲劳寿命预测模型；S2：分析步骤S1所建立的失效物理模型各个关键物理参数的不确定性，并获取各个关键参数的先验分布信息；S3：对焊点在热循环载荷下的疲劳寿命预测模型中的关键物理参数取随机数以近似其不确定性分布情况；S4：确定电子封装部件的先验寿命分布；S5：结合焊点疲劳寿命的先验分布与加速热循环的实测数据，得到多芯片组件焊点的疲劳寿命的后验分布和可靠性指标的后验分布。进一步的，所述步骤S2具体为：S21：通过可靠性分析、相似产品的信息、专家经验获取各个关键参数的先验分布信息；S22：分析确定LD、h、Δα、ΔT等参数的概率分布，其中，LD为电子器件的长度，h为焊点的高度，Δα＝αc-αs，αc,αs分别表示器件和衬底的线性热膨胀系数，ΔT为周期性温度加载范围；S23：基于试验和生产制造过程统计焊点疲劳寿命预测模型的关键参数值。本专利技术的有益效果：本专利技术的电子封装焊点疲劳寿命分析方法以多芯片组件焊点在热循环载荷下的疲劳寿命预测问题作为切入点，分析并构建了概率失效物理建模框架，并详细的说明了各个关键步骤逐步实施的策略，并着重展开说明了如何利用贝叶斯理论对试验所测得的寿命数据进行融合的策略，在此基础上构建了贝叶斯信息更新框架。本专利技术的方法通过分析发现多芯片组件中焊点在热循环载荷下的热疲劳失效是导致多芯片组件失效的关键失效机理，因而通过修正Manson-Coffin模型对其失效进行建模，在所获得模型中关键参数不确定性的先验分布的基础上拟合得到的焊点的先验寿命分布较为广泛并且偏离实测值，在贝叶斯理论框架下与热循环实测数据进行融合，进而得到了与实际情况更为吻合的且更为集中的焊点的后验寿命分布。附图说明图1为本专利技术的电子封装焊点疲劳寿命分析方法流程图。图2为本专利技术实施例的多芯片组件的基本构成示意图。图3为本专利技术实施例的多芯片组件所经历的理想的加速热循环载荷谱。图4为本专利技术实施例的双参数威布尔分布、对数正态分布对抽样仿真数据的拟合曲线图。图5为本专利技术实施例的多芯片组件焊点疲劳寿命后验分布及可靠度的拟合曲线图。具体实施方式为了便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，现结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步阐释。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。部件的失效物理模型可用来描述部件的失效时间与造成部件失效的各种影响因素之间的关系。因此，建立多芯片组件焊点的失效物理模型可以用来分析各种内外在影响因素对焊点的疲劳寿命的影响关系。但是，在失效物理模型中的各个参数并不是确定性的，相反而是受到各种不确定性因素的影响。比如，材料属性本身的变化性、生产或装配过程中不稳定性、外界环境或器件运行时的随机波动对应力所造成的不确定性及其本身用来描述部件失效过程的失效物理模型的不确定性等。基于上述在实际工程中运用失效物理模型是所遇到的诸多不确定性问题，概率失效物理方法则可以有效的考虑失效物理模型中的各个参数的不确定性对失效时间的影响的问题。因此，本专利技术以多芯片组件焊点在热循环载荷下的疲劳失效为具体应用对象，构建了概率失效物理建模的框架，从而实现对各种内外在不确定性因素对器件失效时间的影响问题的分析。具体包括以下步骤：S1：首先，针对具体的电子封装部件可采取失效模式机理及影响分析方法(FMMEA)或加速老化试验等的手段获得影响器件失效的主要失效机理并进一步构建其对应的失效物理模型。针对具体研究对象多芯片组件，展开失效模式机理及影响分析方法(FMMEA)，确认多芯片组件焊点在热循环载荷下的疲劳断裂为其最为主要的失效模式，进一步建立了对应的疲劳寿命预测模型。S2：分析所建立的失效物理模型中各个关键物理参数的不确定性，并通过电子器件研制过程中的老化试验、生产与制造过程中的质量控制测试结果、仿真分析、一些通用的可靠性数据(比如手册、国军标、美军标等)、相似产品的信息和专家经验等途径获取各个关键参数的先验分布信息。S3：采用蒙特卡罗抽样仿真技术对焊点在热循环载荷下的疲劳寿命模型中的关键物理参数取随机数以近似其不确定性分布情况。S4：通过蒙特卡洛抽样仿真分析可以初步确定电子封装部件的先验寿命分布。S5：结合焊点疲劳寿命的先验分布与加速热循环的实测数据并进一步输入到贝叶斯信息融合模块中得出有关多芯片组件焊点的疲劳寿命的后验分布和相关其它可靠性指标的后验分布。在这里，其他可靠性指标可以为可靠度和/或失效概率。所述步骤S1具体为：针对具体的电子封装部件可采取失效模式机理及影响分析方法(FMMEA)或加速老化试验等的手段获得影响器件失效的主要失效机理并进一步构建其对应的失效物理模型。针对具体研究对象多芯片组件，展开失效模式机理及影响分析方法(FMMEA)，确认多芯片组件焊点在热循环载荷下的疲劳断裂为其最为主要的失效模式，进一步建立了对应的疲劳寿命预测模型。由于多芯片组件的失效模式众多且失效机理复杂，所以在本实施例中将着重分析研究其中较为典型的失效模式和机理。温度、振动和湿度常是引起多芯片组件失效的三个重要的因素，其中温度变化是造成多芯片组件失效的最为重要的原因。首先，相比传统的封装形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子封装焊点疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：S1：针对电子封装部件构建对应的失效物理模型，针对具体的多芯片组件建立对应的疲劳寿命预测模型；S2：分析步骤S1所建立的失效物理模型各个关键物理参数的不确定性，并获取各个关键参数的先验分布信息；S3：对焊点在热循环载荷下的疲劳寿命预测模型中的关键物理参数取随机数以近似其不确定性分布情况；S4：确定电子封装部件的先验寿命分布；S5：结合焊点疲劳寿命的先验分布与加速热循环的实测数据，得到多芯片组件焊点的疲劳寿命的后验分布和可靠性指标的后验分布。

【技术特征摘要】
1.一种电子封装焊点疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：S1：针对电子封装部件构建对应的失效物理模型，针对具体的多芯片组件建立对应的疲劳寿命预测模型；S2：分析步骤S1所建立的失效物理模型各个关键物理参数的不确定性，并获取各个关键参数的先验分布信息；S3：对焊点在热循环载荷下的疲劳寿命预测模型中的关键物理参数取随机数以近似其不确定性分布情况；S4：确定电子封装部件的先验寿命分布；S5：结合焊点疲劳寿命的先验分布与加速热循环的实测数据，得到多芯片组件焊点的疲劳寿命的后验分布和可靠性指标的后验分布。2.根据权利要求1所述的电子封装焊点疲劳寿命分析方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄洪钟，黄承赓，郭来小，李彦锋，殷毅超，郭骏宇，米金华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51