Průběh řešení a dosažené výsledky v oblasti návrhu a měření spolehlivosti mikroelektronických 3D struktur



Podobné dokumenty
Teplotní profil průběžné pece

Sendvičové panely smykový test výplňového materiálu čtyřbodovým ohybem

Zásady návrhu DPS pro povrchovou montáž

PÁJENÍ A BEZOLOVNATÉ PÁJKY Doc. Ing. Ivan Szendiuch, CSc.

PrávnínařízeníEU. Výběr vhodnéslitiny

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

Sendvičové panely únosnost při celoplošném zatěžování

Návrh plošného spoje, CAD systém EAGLE

DRÁTKOBETON PRO PODZEMNÍ STAVBY

Základní odporové obvody I Laboratorní cvičení č. 2


ANALÝZA NAPĚTÍ A DEFORMACÍ PRŮTOČNÉ ČOČKY KLAPKOVÉHO RYCHLOUZÁVĚRU DN5400 A POROVNÁNÍ HODNOCENÍ ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI DLE NOREM ČSN EN A ASME

APLIKACE SIMULAČNÍHO PROGRAMU ANSYS PRO VÝUKU MIKROELEKTROTECHNICKÝCH TECHNOLOGIÍ

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Moderní způsoby montáže mikroelektronických a elektronických modulů MODERN CAUSES OF ASSEMBLY MICROELECTRONICS AND ELECTRONICS MODULES

STUDENTSKÉ PRÁCE 2013/2014

Téma 2 Napětí a přetvoření

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ statistické vyhodnocení materiálových zkoušek

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

STATISTICAL DESIGN OF EXPERIMENT FOR SOLDER JOINTS QUALITY EVALUATION STATISTICKÉ PLÁNOVÁNÍ EXPERIMENTŮ PRO ÚČELY VYHODNOCOVÁNÍ KVALITY PÁJENÝCH SPOJŮ

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A12. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

TENZOMETRICKÝ PŘEVODNÍK

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

TERMOMECHANICKÁ SPOLEHLIVOST PÁJENÝCH PROPOJENÍ V ELEKTRONICE

Technologický proces

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY POROVNÁNÍ VLASTNOSTÍ PÁJENÝCH SPOJŮ NA KERAMICKÝCH SUBSTRÁTECH POMOCÍ ZKOUŠKY STŘIHEM

EXPERIMETÁLNÍ OVĚŘENÍ ÚNOSNOSTI DŘEVOBETONOVÝCH SPŘAŽENÝCH TRÁMŮ ZESÍLENÝCH CFRP LAMELAMI

Montáž pouzder BGA. PDF created with pdffactory Pro trial version

FEM ANALYSIS OF HOSE SPRNIG CLAMP DEFORMATION BEHAVIOUR

Tlaková síla Hmotnost [g] hmotnost [kn] b [mm] h [mm] l [mm]

7 PARAMETRICKÁ TEPLOTNÍ KŘIVKA (řešený příklad)

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Vlastnosti tepelné odolnosti

Vlastnosti tepelné odolnosti

Aktuální trendy v oblasti modelování

zařízení 6. přednáška Fakulta elektrotechniky a informatiky prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.

Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

18 STRUKTURA SPOJŮ PÁJENÝCH PÁJKAMI BEZ OLOVA A JEJÍ VLIV NA VNĚJŠÍ VZHLED SPOJE

6 ZÁSADY PRO ŘEŠENÍ KONSTRUKCÍ S PROTIPOŽÁRNÍMI SKLENĚNÝMI VÝPLNĚMI

PÁJENÍ. Nerozebiratelné spojení

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

LABORATORNÍ ZKOUŠKY VZORKY LABORATORNÍ ZKOUŠKY. Postup laboratorních zkoušek

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Sendvičové panely únosnost v osovém tlaku

OVMT Mechanické zkoušky

Přípravek pro měření posuvů a deformací v průběhu svařování a chladnutí se zaměřením na využití pro numerické simulace.

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

EXPERIMENTÁLNÍ METODY. Ing. Jiří Litoš, Ph.D.

PŘÍLOHA KE KAPITOLE 12

1. Mechanické vlastnosti šitých spojů a textilií

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

VYHODNOCENÍ LABORATORNÍCH ZKOUŠEK

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

TENZOMETRICKÝ PŘEVODNÍK

Analýza životnosti a stárnutí svítivých diod

REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT. Západočeská univerzita v Plzni Fakulta strojní

Principy návrhu Ing. Zuzana Hejlová

Nelineární problémy a MKP

Technologický postup montáže alternativního řešení požárních pruhů podle PKO

Technické podmínky výroby potištěných keramických substrátů tlustovrstvou technologií

PROPALINE vydání 2/2017

NUMERICKÁ SIMULACE ODTRŽENÍ SKLOEPOXIDOVÉ VRSTVY ADAFLEX BG

Analýza zkušebních rychlostí podle EN ISO

DOPORUČENÍ PRO KONSTRUKCI DPS

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ AUTOREFERÁT DISERTAČNÍ PRÁCE

prodej opravy výkup transformátorů

Varius PŘEHLED PROVEDENÍ

IOK L. Rozlívka 1, M. Vlk 2, L. Kunz 3, P. Zavadilová 3. Materiál. Institut ocelových konstrukcí, s.r.o

pán,kozel,maloušek /

POUŽITÍ OSB SUPERFINISH VE STAVEBNICTVÍ

2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI SKLA

Náhrada olova v pájkp

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Profilová část maturitní zkoušky 2013/2014

Souřadnicové měření je měření prostorových souřadnic prováděné pomocí CMM Souřadnicový měřicí stroj CMM je měřicí systém k měření prostorových souřadn

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

RODOS ROZVOJ DOPRAVNÍCH STAVEB Janouškova 300, Praha 6 Tel , ZPRÁVA č. 14/2011

VLIV MNOŽSTVÍ PÁJKY A IZOTERMÁLNÍHO STÁRNUTÍ NA VODIVOST PÁJENÉHO SPOJE SOLDER JOINT CONDUCTIVITY INFLUENCE OF SOLDER VOLUME AND ISOTHERMAL AGING

Zadavatel: Hella Autotechnik, s.r.o. Družstevní 338/ Mohelnice

KONSTRUKČNÍ NÁVRH RÁMU LISU CKW 630 SVOČ FST Bc. Martin Konvalinka, Jiráskova 745, Nýrsko Česká republika

Příloha č. 1. Software pro prototyp mikroprocesorově řízeného ohřevu aktivních vložek využívající moderních polovodičových prvků

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Centrum AdMaS Struktura centra Vývoj pokročilých stavebních materiálů Vývoj pokročilých konstrukcí a technologií

ÚNAVOVÉ MODELY PRO VYHODNOCOVÁNÍ SPOLEHLIVOSTI PÁJENÝCH SPOJŮ

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

DRÁTKOBETON PRO SEGMENTOVÁ OSTĚNÍ TUNELŮ

Přednáška 1 Obecná deformační metoda, podstata DM

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

6 Navrhování zděných konstrukcí na účinky požáru

Popis zapojení a návod k osazení desky plošných spojů STN-A varianta RS232-RS485

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

TRHACÍ PŘÍSTROJ LABTEST 2.05

Zada nı bakala r ske pra ce

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Transkript:

Průběh řešení a dosažené výsledky v oblasti návrhu a měření spolehlivosti mikroelektronických 3D struktur Úkol je možno rozdělit na teoretickou a praktickou část. V rámci praktické části bylo řešeno, 1) Bylo navrženo a zkoušeno spojení materiálů se stejnou a různou tepelnou roztažností použitelné u 3D mikroelektronických struktur. Bylo zkoumáno spojení materiálů FR4 a korundové keramiky (Alumina). Elektrické spojení bylo realizováno olovnatou i bezolovnatou pájkou. 2) U navržených vzorků byla měřena elektrická spolehlivost spojení při termomechanickém namáhání. Byla porovnána spolehlivost spojení s olovnatou a bezolovnatou pájkou. 3) Výsledky praktického měření byly porovnány s počítačovou simulací. (program ANSYS) a výpočtem 1. Návrh, realizace a měření spojení 1.1 Spojení FR4-FR4 na sebe vrstvených struktur Vodivé spojení bylo realizováno na hraně jak ukazuje obrázek 1.1a. Pro realizaci spojení byly aplikovány standardní technologické postupy používané při výrobě plošných spojů (realizace prokoveného otvoru, frézování) a realizován tzv. SMVPH systém (Special Modified Via Plated Hole) Byl realizován měřící vzorek podle obrázku 1.1.b). Byla realizována 3D struktura, (obr.1.1.2) která byla podrobena měření spolehlivosti. 1mm a) provedení vodivého spojení na hraně Obr.1.1.1: Spojení SMVPH a tvar měřícího vzoku 1 b) realizace vzorku pro měření spolehlivosti

Pájka - FR4 vrstva FR4 ma Obrázek 1.1.2: Měřící vzorek FR4-FR4 1.2 Spojení FR4-FR4 keramika na sebe vrstvených struktur V tomto případě byl navržen a realizován měřící vzorek podle obrázku 1.2.1. Pájka Alumina FR4 rám FR4 Obr.1.2.1: Měřící vzorek pro spojení FR4 keramika Jedná se o návrh spojení materiálů s různou tepelnou délkovou roztažností tj. FR4 a keramika. Mezi vrstvu keramiky a základní desku je vložen FR4 rám ne kterém je realizováno hranové SMVPH propojení. Toto řešení zvětšuje celkovou výšku pájeného propojení což má příznivý vliv na celkovou mechanickou pružnost propojení a výrazně snižuje mechanické namáhání. Provedení s rámem rovněž umožňuje skládáni osazených vrstev na sebe. 1.3 Měření spolehlivosti Na obou popisovaných vzorcích byly provedeny zkoušky životnosti pájeného spoje při cyklickém tepelném namáhání v rozmezí teplot od 18 do podle obrázku 1.3.2. Přerušení vodivého spojení bylo indikováno svitem LED diody, průběžné měření resistivity spoje čtyřbodovou metodou se ukázalo jako nepoužitelné. Proto bylo použito propojení podle obr.1.3.1. V případě přerušení spoje se zruší elektrické přemostění napájené LED diody. T2 T2 T3 T1 T3 T1 Obr.1.3.1:.Elektrické FR4 materiál propojení kontaktů Obr. 1.3.2: Průběh teplotních cyklů 2

Měření bylo prováděno pro olovnatou pájku a bezolovnatou páku. Spojení bylo realizováno přetavením pájecí pasty LITTON KESTER R 256 NC a Sn62/Pb/Ag2/90-3 (olovnatá) a bezolovnaté R910, Sn95.5/3.8/Cu0.7/89-3. V následujících tabulkách tab.1.3.1 a tab.1.3.2 jsou uvedeny výsledky měření s výsledky výpočtu podle Engelmaiera [ 1 ]. Tab: 1.3.1: Výsledky měření a výpočet doby života systému FR4-FR4 Teplotní cykly 20/95 o C/9min Systém SMVPH Měření FR4-FR4 (SMVPH) Cykly Sn/Pb pájka LF pájka Počet % Počet % 0-8000 0 0 0 0 >8000 10 000 7 ) 26.9 0 0 >10000 7 26.9 0 0 Výpočet podle Engelmaiera 2) 1) Počet cyklů N f Min. Max. Min. Max. 5 254 10 821 - - Tab: 1.3.2: Výsledky měření a výpočet doby života systému FR4-FR4 rámkeramická vrstva Engelmaiera Měření FR4-FR4 rám-ceramická vrstva Cykly Sn/Pb pájka LF pájka Reference Počet % Počet % Počet % 0-1000 1 2.1 0 0 7 29.2 >1000-20 41.7 1 2.1 7 29.2 Teplotní cykly 20/95 o C/9min 3000 >3000-25 52.1 14 29.2 7 29.2 Systém SMVPH 5000 >5000-37 77.1 28 58.3 7 29.2 7000 >7000-9000 47 97.9 33 68.8 7 29.2 >9000 48 100 38 79.2 9 37.5 11000 Výpočet podle Počet cyklů N f Min. Max. Min. Max. - Min. 1) - Max. 1) - - - - 876 1420 1) Vzorek má pravoúhlý tvar, takže N f v rozích je větší, je uvažován teplotní rozdíl mezi horní a dolní vrstvou 3

1.4 Počítačová simulace spojení Pro porovnání výsledků a pro stanovení optimálního tvaru rámu byly realizovány počítačové simulace v programu ANSYS. Byly sestaveny globální geometrické modely navrhovaných sestav a bylo simulováno, - pnutí ve struktuře (podle Von Miesse) - celkový posuv a průhyb - celkové mechanické přetvoření U sestavy systému FR4-FR4 rám-keramická vrstva byl realizován lokální model a provedena nelineární analýza a simulována plastická přetvárná práce podle viskoplastického Anandova modelu. Tato simulace byla realizována pouze pro olovnatou pájku, jelikož nebyly k disposici materiálové konstanty pro bezolovnatou SAC pájku. Na následujících obrázcích jsou uvedeny některé výsledky simulace. a) Globální model b) Detail horního připojení Obr.1.4.1: Pnutí [MPa] pro eutektickou pájku Sn/Pb 4

a) globální model b) Detail horního spojení Obr.1.4..2: Pnutí [MPa] pro eutectickou Sn/Pb pájku 5

a) celkový pohled b) detail Obr.1.4.3: Hodnoty plastické přetvárné práce NLPLWK [MPa] po 4 tém teplotním cyklu (2410s) pro eutektickou Sn/Pb solder 6

1.4 Teorie pro výpočty Hodnoty doby života byly vypočítány pouze pro olovnatou pájku. Byl použit viskoplastický model podle Darveauxe, při kterém se vychází z hodnot přetvárné práce W ae. Hodnota přetvárné práce byla stanovena pomocí Anandova modelu, který je implantován v software ANSYS. Teorie je uvedena v [1]. Jako alternativní metoda byla zvolena pro výpočet metoda podle Engelmaiera, podle které se doba života počítá s mechanického přetvoření, které vznikne v důsledku termomechanického namáhání. Pro tuto metodu jsou obecně známy hodnoty materiálových konstant pro eutektickou Sn/Pb pájku. Detailnější výsledky měření a teorie je podrobně uvedena v [1], případně [2] Literatura: [1] ŠANDERA, Design and Reliability of the Connection in 3D Electronic Systems, disertační práce, VUT FEKT Brno, 2004 [2] Josef Šandera, Design and Reliability of the Connection in 3D Electronic Systems, Vědecké spisy VUT, Edice PhD Thesis, sv.275, ISSN 1213-4198 7