芯片焊点热疲劳寿命预测 | 让可靠性设计更科学、更高效

       焊点，是芯片封装中最脆弱却又是最关键的连接。热循环、功率循环等工况下的反复热胀冷缩，往往成为引发焊点疲劳裂纹、导致整机失效的“隐形杀手"。我们以仿真+测试为核心技术路径，构建了完整的焊点可靠性正向设计与寿命预测体系，助力高可靠电子产品从“经验设计"迈向“科学设计"[1]。

图 焊点热疲劳失效

图 焊点热疲劳根因

研究核心

       ● 目标：预测焊点在实际服役工况下的热疲劳寿命，支撑设计优化与材料选型。

       ● 手段融合：数值仿真 + 加速试验 + SEM + EBSD + 失效分析

       ● 成果导向：在设计阶段提前发现潜在风险，缩短研发周期，降低验证成本。

我们的技术路径——焊点热疲劳寿命仿真正向设计流程

       将“物理试验后置"，让“数字仿真前置"——在计算机里试错，而不是在实验室里。

       通过有限元分析与疲劳寿命模型（Darveaux、Coffin-Manson等[2]），实现：

       ● 多封装结构建模与参数化优化

       ● 温度循环 / 功率循环加载下的损伤计算

       ● 基于能量累积或塑性应变的寿命预测

       ● 材料与几何参数灵敏度分析

应用案例精选

Ⅰ. 寿命评估与健康管理方向

核心目标：建立寿命预测模型 → 支撑维修、运维与可靠性决策。

代表案例：

● 案例1｜动车组网络模块TQFP板卡焊点寿命评估及维修指导

通过仿真与测试结合（温度循环 + 金相切片），预测服役寿命，为“基于寿命"的维修策略提供定量依据。

方向特征：面向服役阶段的可靠性评估与健康管理

Ⅱ. 材料与工艺选型优化方向

核心目标： 研究不同封装材料（如 Underfill、焊料）和工艺参数对焊点可靠性的影响。

代表案例：

● 案例1｜FC-BGA 封装 Underfill 材料选型指导

通过热循环仿真比较 UF1 / UF2 应力与损伤累积，定量揭示 Underfill 材料参数对应力分布和寿命的影响规律[3]。

Ⅲ. 结构设计与几何优化方向

核心目标： 通过几何结构优化降低焊点局部应力与损伤累积，实现寿命提升。

代表案例：

● 案例1｜QFP 器件引脚结构优化

定量分析引线宽度、平直搭接长度、站高对应力的影响，确定较优尺寸[5]。

我们能为您提供

       ● 芯片封装与模组级焊点热疲劳寿命评估

       ● 材料选型与封装结构优化设计

       ● 可靠性验证方案设计与失效分析服务

       ● 仿真与测试结合的正向可靠性设计全流程支持

       从设计开始构建可靠性，我们用仿真与测试让每一个焊点都“经得起时间的热循环"。

参考文献

[1] Lau JH, Lee N-C. Assembly and Reliability of Lead-Free Solder Joints. Singapore: Springer Singapore; 2020.

[2] Darveaux R. Effect of simulation methodology on solder joint crack growth correlation. 2000 Proc. 50th Electron. Compon. Technol. Conf. Cat No00CH37070, Las Vegas, NV, USA: IEEE; 2000, p. 1048–58.

[3] Kuo C-T, Yip M-C, Chiang K-N. Time and temperature-dependent mechanical behavior of underfill materials in electronic packaging application. Microelectron Reliab 2004;44:627–38.

[4] 王树起. 叠层芯片封装可靠性分析与结构参数优化. PhD Thesis. 哈尔滨理工大学, 2008.

[5] 姚震. QFP器件引脚尺寸对焊点可靠性影响仿真分析. PhD Thesis. 哈尔滨工业大学, n.d.