1。3  课题所采用的研究手段及内容

此次研究利用大多数电子工程人员所熟知的ANSYS软件对所选典型超薄芯片叠层QFN封装器件建立有限元模型以及在温度载荷作用下进行热应力与热疲劳分析，并由此预测其在给定条件下的使用寿命。在对加载结果进行有限元分析的过程中，应用ANSYS强大的建模系统，将实体建模与网格划分相结合，采用大家用ANSYS建模时所通用的自顶向下的建模方法，应用有限元实体建模自动化功能和网格自动生成技术，自动地建立所要求解的QFN器件部分的有限元模型。另外，考虑到QFN器件本身组装加工成型后材料结构的对称性，我们选取其中四分之一作为此次课题的分析研究对象，先建立二维有限元模型对器件进行热应力分析，再建立由二维拖拉至三维的有限元模型对封装体上的焊球进行热疲劳研究并结合Engelmaier修正的Coffin-Manson疲劳寿命预测模型计算出焊球的大致寿命。为便于计算，我们将模型中存在的所有凸点近似设为矩形。通过合理的加载方式，我们可以得到整个封装体的二维等效平面应力分布图，并根据图形结果分析出此超薄芯片叠层封装QFN器件的热应力的分布和作用情况，然后由焊球的预测寿命初步得到整个QFN器件的疲劳寿命。各章主要内容简述如下：

第一章：引言。介绍相关概念，阐述课题研究目的与意义，引出本论文主要研究的热应力与热疲劳问题，确定基本思路，为后续章节做基奠。

第二章：课题所依据的热分析的基本理论。介绍本课题所涉及到的一些基本传热理论，为下面研究提供理论基础。

第三章：与本文相关的热疲劳寿命的基本概念。介绍一些常用的预测焊点疲劳寿命的模型并确定选取其中的Coffin-Manson疲劳寿命预测公式和Anand粘塑性本构方程对此次研究的QFN器件进行疲劳寿命预测计算。

第四章：关于QFN器件有限元模型的建立。简述本文的研究实例——超薄芯片叠层QFN封装器件并先后建立其二维和三维的有限元模型并对整个封装体的二维有限元模型进行热应力分布研究，以考虑是否在三维有限元模型中继续保留凸点。

第五章：有关焊球的温度循环热疲劳分析。针对第四章中已经建好的三维有限元模型加以适当的温度循环载荷，用以预测焊球在此种承载环境下的热疲劳寿命，并由此估算出整个封装体的疲劳寿命。

第六章：结论。总结研究结果并得出相应的结论。

2  课题所依据的热分析的基本理论

众所周知，几乎所有封装器件在工作时，都伴有热量的产生。要提高封装产品的热可靠性，就务必使其产生尽可能少的热量。由此，我们首先需要了解器件传热的通用机理，在这里，即对超薄芯片叠层QFN封装器件进行热分析的基本理论。

2。1  课题所涉及到的传热学经典理论

学过传热学经典理论就知道，热分析的规律服从热力学的第一条定律，即我们所熟知的能量守恒定律：

对一个封闭系统（系统内没有质量的流入或流出）来说，一般都有：

                  Q-W=ΔU + ΔEk +ΔEp                                    (2-1)

其中：

Q——热量；

W——功；

ΔU——系统内能；

ΔEk——系统动能；

ΔEp——系统势能。

对于大多数工程传热问题，基本都有：ΔEk =ΔEp=0。

通常假设做功为零，即：W=0，则Q=ΔU。