作者：瑞其科技 William

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前言
SimLab PCB建模工具
SimLab Solder建模工具
Solder Fatigue
結語

前言

隨著PCB封裝到微型化的高階2.5D與3D IC封裝，都面臨因為熱造成電子產品可靠度下降的問題，主因是產品在製造及運作過程中，不同的元件材料與工作溫度，造成內部不均勻的熱膨脹及變形，導致載板翹屈(Warp)或焊錫疲勞損傷(Solder Fatigue)，進而引起電子產品的故障。

Altair SimLab專為封裝結構錫球Solder Fatigue分析開發一系列的分析工具，將協助開發人員更有效率地進行設計評估。

PCB微型化的高階2.5D與3D IC封裝

【 SimLab PCB建模工具】

ECAD讀取接口：快速建立3D實體。
PCB模型簡化：排除不必要細小特徵，以包絡方式簡化模型。
等效材料模型：將基板與導線材料以等效均質或水平等效分佈方式進行材料特性給定。

SimLab PCB完整建模工具

【 SimLab Solder建模工具】

BGA模組化FE模型：內建各式連續與非連續錫球網格及焊墊(pad)模型，錫球分佈位置可採用座標點CSV檔案進行建立。
BGA模型修改工具：依據分析需求，一鍵完成Beam元素等效簡化錫球模型或局部加密錫球網格模型。
3D IC模組工具：依據封裝元件尺寸及發熱功率資料，快速建立連續網格之熱分析模型。

SimLab Solder建模工具-BGA模組化 (1)

SimLab Solder建模工具-BGA模組化 (2)

【 Solder Fatigue 】

由於焊錫主要受到溫度循環負載而產生結構熱變形，目前主流疲勞計算方式包含了簡易熱膨脹差異與考量潛變效應造成的累積損傷，以下是目前Altair軟體可運用之材料及評估方法：

潛變材料模型：
MATVP目前支援STRAIN hardening、TIME hardening、HYPERB material model、Anand material model、Darveaux material…等材料模型，亦可直接輸入測試資料。

Solder Fatigue方法：

Difference in CTE-使用線性分析，此方法主要是偵測焊錫與基板不同的熱膨脹造成接合面上的切向應力，並以潛變應變能密度來評估焊錫壽命。
Syed creep strain -採用非線性分析，評估焊錫材料在黏性塑性變形之影響，並以潛變應變來評估焊錫壽命。
Syed creep energy density-採用非線性分析，評估焊錫材料在黏性塑性變形之影響，並以潛變應變能密度來評估焊錫壽命。
Darv creep energy density-採用非線性分析，評估焊錫材料在黏性塑性變形之影響，並以潛變應變能密度來評估焊錫壽命，其壽命包含焊錫的產生裂紋及裂縫成長的過程。