Solder Joint Reliability Assessment: Finite Element Simulation Methodology

این کتاب یک رویکرد سیستماتیک در انجام ارزیابی قابلیت اطمینان اتصالات لحیم کاری با استفاده از شبیه سازی المان محدود (FE) ارائه می دهد. الزامات اساسی برای مدل‌سازی FE یک بسته الکترونیکی یا یک اتصال لحیم کاری با جریان مجدد که تحت شرایط تست قابلیت اطمینان قرار می‌گیرد به تفصیل شرح داده شده است. این مفروضات پوششی برای یک مدل فیزیکی ساده، توسعه هندسه مدل FE، مدل‌های سازنده برای اتصالات لحیم کاری و جنبه‌های اعتبارسنجی مدل FE در نظر گرفته شده است. مبانی مکانیک مواد لحیم کاری به اندازه کافی در رابطه با فرمولاسیون FE بررسی شده است. مفهوم آسیب همراه با بررسی مدل ناحیه منسجم و مدل آسیب پیوسته به ترتیب برای شبیه سازی رابط لحیم/IMC و شکست مفصل لحیم کاری حجیم معرفی شده است. کاربردهای روش سنجیده برای مشکلات انتخاب شده در ارزیابی قابلیت اطمینان اتصالات لحیم کاری نشان داده شده است. این مشکلات مبتنی بر تحقیق تعریف شده توسط صنعت عبارتند از خنک کننده جریان مجدد لحیم کاری، چرخه دمایی و خستگی مکانیکی یک بسته BGA، تست سقوط سطح برد JEDEC و مکانیسم های خستگی مفصل لحیم کاری. تأکید بر ارزیابی کمی دقیق قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری از طریق درک اساسی مکانیک مواد همانطور که از نتایج شبیه‌سازی‌های FE تفسیر شده است، قرار می‌گیرد. روش شبیه‌سازی FE به راحتی برای بسیاری از مسائل دیگر در مکانیک مواد و سازه‌ها قابل استفاده است.

This book presents a systematic approach in performing reliability assessment of solder joints using Finite Element (FE) simulation. Essential requirements for FE modelling of an electronic package or a single reflowed solder joint subjected to reliability test conditions are elaborated. These cover assumptions considered for a simplified physical model, FE model geometry development, constitutive models for solder joints and aspects of FE model validation. Fundamentals of the mechanics of solder material are adequately reviewed in relation to FE formulations. Concept of damage is introduced along with deliberation of cohesive zone model and continuum damage model for simulation of solder/IMC interface and bulk solder joint failure, respectively. Applications of the deliberated methodology to selected problems in assessing reliability of solder joints are demonstrated. These industry-defined research-based problems include solder reflow cooling, temperature cycling and mechanical fatigue of a BGA package, JEDEC board-level drop test and mechanisms of solder joint fatigue. Emphasis is placed on accurate quantitative assessment of solder joint reliability through basic understanding of the mechanics of materials as interpreted from results of FE simulations. The FE simulation methodology is readily applicable to numerous other problems in mechanics of materials and structures.