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研究生:陳旺隆
研究生(外文):Wang-Lung Chen
論文名稱:可撓式基板型球腳格狀陣列構裝之熱疲勞壽命分析
論文名稱(外文):Thermal Fatigue Life Study for Film-BGA
指導教授:吳學鑑
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:可撓式基板球腳格狀陣列構裝疲勞壽命黏塑性
外文關鍵詞:Film-SubstrateBall Grid ArrayViscoplasticityFatigue Life
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本文主要探討表面黏著組成之96I/O Film-BGA構裝體在受溫度-40℃到125℃循環負載下,錫球受熱引起之非線性黏塑變形行為。尤其針對PI (Polyimide)厚度、晶片大小、晶片厚度以及上銅箔厚度四項控制因子,探討焊接疲勞壽命之影響趨勢。接著,針對Fan-in及Fan-out兩種不同設計形式之構裝體,探討其焊接疲勞壽命。由於幾何及負載對稱性,建構三維八分之一有限元素模型來獲取整個構裝結構行為,並且使用Modified Coffin-Manson公式來預測焊接疲勞壽命。
由結果顯示,受溫度循環負載下,晶片大小、晶片厚度以及PI厚度對銲錫接點疲勞壽命有較明顯之衝擊,特別是晶片大小對焊接點之影響最大,但上銅箔厚度在焊接疲勞壽命上則具較小影響。結果亦顯示,針對此Film-BGA構裝體形式,Fan-out設計比起Fan-in設計具有較高焊接疲勞壽命。此外,藉由田口氏方法之運用,研究者能夠發現上面四項控制因子對疲勞壽命的影響程度,並取各控制因子之最佳尺寸作最佳化設計。然後,使用變異數分析法來幫助研究者預測最佳焊接疲勞壽命,並且與ANSYS有限元素軟體分析之壽命值做比較。


This study aims to investigate the effect of a 96 I/O Film-BGA package of surface mounted components on the thermal induced nonlinear viscoplastic deformation of solder balls during temperature cyclic loading between -40℃ to 125℃. Specifically, it aims to study the trend effect of the joint fatigue life with respect to four control factors of the PI (Polyimide) thickness, die size, die thickness, and the upper copper trace thickness. Then, two different package types of Fan-in and Fan-out design in terms of the joint fatigue life are discussed. Due to the structure/loading symmetry, a three-dimension octant finite element structure was modeled to capture the entire package structural behaviors and a formulation of Modified Coffin-Manson was used to predict the joint fatigue life.
Under temperature cyclic loading, the study results show that the die size, die thickness, and PI thickness had significant impact on the solder joint fatigue life, especially the effect of applying die size to the joint, but the upper copper trace thickness had little effect on the joint fatigue life. The study results also show that the package type of Fan-out design had higher joint fatigue life than that the package type of Fan-in design did for this Film-BGA package. In addition, by using the Taguchi method, the research could find the intensity of affected fatigue life due to the selected four control factors, and determine the optimized design by means of the optimized dimensions of the control factors. Then, the use of the ANOVA (analysis of variance) method helped the researcher predict the optimized joint fatigue life in comparison with the study results by using ANSYS finite element software analysis.


目錄
頁次
摘要---------------------I
目錄---------------------III
圖目錄--------------------VI
表目錄--------------------VIII
第一章緒論------------------ 1
1-1前言--------------------1
1-2文獻回顧------------------1
1-3研究方向------------------3
1-4組織與章節-----------------4
第二章理論基礎---------------- 5
2-1熱傳遞理論-----------------5
2-1-1熱傳導公式---------------- 5
2-1-2熱對流公式---------------- 6
2-2材料非線性-----------------6
2-3降伏準則------------------7
2-4非線性問題解法---------------7
2-5 Anand’s model介紹------------- 11
2-6可靠度理論-----------------13
第三章 模型假設與分析方法-----------17
3-1模型假設------------------17
3-2模型幾何設定----------------18
3-3模型材料設定----------------19
3-4ANSYS有限元素分析軟體-----------19
3-4-1熱傳分析----------------- 20
3-4-2結構非線性分析-------------- 22
第四章 分析與討論--------------- 33
4-1分析一:原始模型之探討----------- 33
4-1-1熱傳分析----------------- 33
4-1-2結構分析----------------- 34
4-1-3疲勞壽命----------------- 36
4-2分析二:不同PI厚度之比較---------- 37
4-3分析三:不同晶片大小之比較--------- 38
4-4分析四:不同晶片厚度之比較--------- 38
4-5分析五:不同上銅箔厚度之比較-------- 39
4-6分析六:構裝體屬於Fan-in與Fan-out設計之比較--40
第五章 田口氏品質工程介紹與應用-------- 58
5-1田口氏品質工程之介紹------------ 58
5-2產品變異影響來源-------------- 59
5-3參數設計之應用--------------- 60
第六章 結論與未來展望------------- 69
6-1結論-------------------- 69
6-2未來展望------------------ 70
參考文獻 ------------------- 71


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周意公;陳豫台;陳榮泰 譯者
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