Estudio de fluctuaciones de estrés térmico en la interfaz de soldadura del Die-Attach utilizando el método de elementos finitos
Autores: Yan, Luchun; Yao, Jiawen; Dai, Yu; Zhang, Shanshan; Bai, Wangmin; Gao, Kewei; Yang, Huisheng; Wang, Yanbin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Estudio de fluctuaciones de estrés térmico en la interfaz de soldadura del Die-Attach utilizando el método de elementos finitos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Juntas de soldadura
Ciclismo térmico
Coeficientes de expansión térmica
Estructura de unión de matriz
Estrés
Materiales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 47
Citaciones: Sin citaciones
Las juntas de soldadura en paquetes electrónicos se exponen con frecuencia a ciclos térmicos tanto en aplicaciones de la vida real como en pruebas aceleradas de ciclos térmicos. La temperatura cíclica hace que las juntas de soldadura estén sujetas a cargas mecánicas cíclicas y a menudo acelera la falla por agrietamiento de las juntas de soldadura. La causa del estrés generado en los ciclos térmicos suele atribuirse a la falta de coincidencia de los coeficientes de expansión térmica (CTE) de los materiales de ensamblaje. En una estructura de unión de matriz que consta de múltiples capas de materiales, el efecto de la falta de coincidencia de CTE en el estrés térmico en una ubicación crítica puede ser muy complejo. En este estudio, investigamos la influencia de diferentes materiales en una estructura de unión de matriz en el estrés en la interfaz chip-soldadura con el método de elementos finitos. La estructura de unión de matriz incluía un chip de SiC, una capa de soldadura SAC y un sustrato DBC. Se desarrollaron tres modelos que cubrían diferentes alcances de modelado (es decir, modelo I, capa chip-soldadura; modelo II, capa chip-soldadura y capa de cobre; y modelo III, capa chip-soldadura y sustrato DBC). Se aplicó una carga de temperatura cíclica de 25-150 grados Celsius a la estructura de unión de matriz, y se calculó el cambio de estrés en la interfaz chip-soldadura. Los resultados del modelo I mostraron que la falta de coincidencia de CTE chip-soldadura, como única fuente de estrés, provocó un cambio periódico y monótono de estrés en los ciclos de temperatura. En comparación con la curva de estrés del modelo I, apareció un pico adicional de recuperación de estrés tanto en el modelo II como en el modelo III durante la rampa de temperatura. Se demostró que la falta de coincidencia de CTE entre la soldadura y la capa de cobre (o sustrato DBC) no solo afectaba el máximo estrés en la interfaz chip-soldadura, sino que también causaba el pico de recuperación de estrés. Por lo tanto, el efecto combinado de los materiales de ensamblaje en la estructura de unión de matriz debe considerarse al explorar los esfuerzos térmicos conjuntos.
Descripción
Las juntas de soldadura en paquetes electrónicos se exponen con frecuencia a ciclos térmicos tanto en aplicaciones de la vida real como en pruebas aceleradas de ciclos térmicos. La temperatura cíclica hace que las juntas de soldadura estén sujetas a cargas mecánicas cíclicas y a menudo acelera la falla por agrietamiento de las juntas de soldadura. La causa del estrés generado en los ciclos térmicos suele atribuirse a la falta de coincidencia de los coeficientes de expansión térmica (CTE) de los materiales de ensamblaje. En una estructura de unión de matriz que consta de múltiples capas de materiales, el efecto de la falta de coincidencia de CTE en el estrés térmico en una ubicación crítica puede ser muy complejo. En este estudio, investigamos la influencia de diferentes materiales en una estructura de unión de matriz en el estrés en la interfaz chip-soldadura con el método de elementos finitos. La estructura de unión de matriz incluía un chip de SiC, una capa de soldadura SAC y un sustrato DBC. Se desarrollaron tres modelos que cubrían diferentes alcances de modelado (es decir, modelo I, capa chip-soldadura; modelo II, capa chip-soldadura y capa de cobre; y modelo III, capa chip-soldadura y sustrato DBC). Se aplicó una carga de temperatura cíclica de 25-150 grados Celsius a la estructura de unión de matriz, y se calculó el cambio de estrés en la interfaz chip-soldadura. Los resultados del modelo I mostraron que la falta de coincidencia de CTE chip-soldadura, como única fuente de estrés, provocó un cambio periódico y monótono de estrés en los ciclos de temperatura. En comparación con la curva de estrés del modelo I, apareció un pico adicional de recuperación de estrés tanto en el modelo II como en el modelo III durante la rampa de temperatura. Se demostró que la falta de coincidencia de CTE entre la soldadura y la capa de cobre (o sustrato DBC) no solo afectaba el máximo estrés en la interfaz chip-soldadura, sino que también causaba el pico de recuperación de estrés. Por lo tanto, el efecto combinado de los materiales de ensamblaje en la estructura de unión de matriz debe considerarse al explorar los esfuerzos térmicos conjuntos.