该文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告：
作者与机构
本研究的作者包括Di Qi、Xinyi Lin、Zhuolun Wu、Dan Yang、Zhuqiu Wang和Na Mei，他们分别来自State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia Technology和Sanechips Technology。该研究发表于2024年25th International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT)。
学术背景
随着晶圆制造和封装工艺的进步，大尺寸封装（large size package）在微电子系统中得到广泛应用。然而，微电子系统功耗的增加对散热提出了更高要求。由于空气的热导率较低，散热器（heatsink）被广泛用于辅助冷却。为了减少散热器、热界面材料（thermal interface material, TIM）和封装之间的接触热阻，通常需要散热器施加较高的压缩力。然而，这种高压可能会影响球栅阵列（ball grid array, BGA）焊点的可靠性。特别是大尺寸倒装芯片球栅阵列（flip chip ball grid array, FCBGA）封装，其焊点在温度和压力作用下容易发生蠕变和变形，导致裂纹和损坏，进而引发开路或短路。因此，研究BGA焊点的可靠性具有重要意义。
本研究的目的是通过实验和数值模拟方法，验证在压缩载荷和温度循环条件下预测FCBGA焊点疲劳寿命的可行性，并探讨典型和新型散热器对焊点温度循环可靠性的影响。此外，研究还分析了压缩夹具材料、装配预紧力等因素对焊点可靠性的影响。
研究流程
研究分为以下几个步骤：
1. 板级压缩实验
实验采用了一种压缩夹具，其结构如图3所示。组件和PCB位于夹具的盖板和底板之间，夹具通过八个螺栓连接，通过螺母和弹簧控制压缩力。实验中使用了足够覆盖接触面的热界面材料（TIM2）。温度循环实验在-40°C至125°C的温度范围内进行，温度变化时间为15分钟，持续时间为30分钟，循环时间为1.5小时。采用四线法在线监测PCB，以捕捉焊点失效的时刻。
有限元分析
有限元模型基于压缩装配结构，包括夹具、PCB、焊点和封装组件。模型简化了组件的结构，利用对称特性采用1/4模型进行建模，并通过子模型提高焊点寿命预测的准确性。边界条件设置中，x和y对称平面的节点施加对称约束，夹具与封装之间建立接触摩擦，通过施加垂直向下的位移实现额定压缩载荷。温度载荷为-40°C至125°C，共进行三个循环，分析焊点在压力和温度载荷下的蠕变和疲劳特性。
Darveaux模型验证
研究使用基于应变能的Darveaux模型预测焊点的疲劳寿命。通过计算温度循环过程中焊点积累的蠕变应变能密度，结合Paris公式计算裂纹的起始和扩展。实验设置了三种压力条件（0psi、90psi和120psi），并通过温度循环实验验证模型的准确性。
压缩测试的影响因素分析
研究分析了两种装配结构（结构1和结构2）对焊点疲劳寿命的影响。结构1将PCB直接固定在夹具底板上，结构2则将PCB悬空并通过四个螺栓固定。此外，还研究了夹具材料（铝合金和钢）和预紧力（200N和800N）对焊点寿命的影响。
主要结果
1. Darveaux模型验证
实验结果表明，在三种压力条件下，模拟预测与实验结果的误差均小于18%，验证了Darveaux模型在压力和温度循环条件下预测焊点疲劳寿命的适用性。
结论
本研究结合Darveaux模型，成功预测了焊点的疲劳寿命，模拟精度超过80%。研究发现，结构1对PCB的强约束导致焊点寿命显著下降，而结构2释放了PCB底部的约束，压力对焊点寿命影响较小。此外，钢制夹具和增加预紧力均会降低焊点的疲劳寿命。研究结果为大尺寸FCBGA封装的设计和可靠性评估提供了重要参考。
研究亮点
1. 首次通过实验和数值模拟验证了Darveaux模型在压力和温度循环条件下预测焊点疲劳寿命的适用性。
2. 系统分析了装配结构、夹具材料和预紧力对焊点可靠性的影响，为大尺寸FCBGA封装的设计提供了新见解。
3. 研究采用了创新的压缩夹具设计和有限元分析方法，提高了实验和模拟的精度。
其他有价值的内容
研究还探讨了焊点裂纹的形态和应力分布，发现角部焊点的应力始终高于内部焊点，且压力对角部焊点的应力影响更为显著。这些发现为进一步优化封装设计提供了理论依据。
以上是本研究的主要内容，希望对相关领域的研究者有所帮助。