復(fù)合加載條件下光互連模塊對(duì)準(zhǔn)偏移與耦合效率關(guān)系研究.pdf

1、光互連技術(shù)作為一種解決因電氣互聯(lián)技術(shù)在SMT和微組裝方面因高密度和微型化的原因遇到的信號(hào)傳輸瓶頸問(wèn)題的新的互連方式之一，有著很好的發(fā)展前景。但因封裝組裝過(guò)程中因工藝和工作環(huán)境存在的熱與振動(dòng)等因素的影響，光路對(duì)準(zhǔn)位置處會(huì)產(chǎn)生偏移，引起耦合效率的降低，已成為該技術(shù)應(yīng)用方面急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以一種典型的光互連模塊作為研究對(duì)象，對(duì)光互連模塊在組裝完成之后，實(shí)際應(yīng)用所處工作環(huán)境的熱與振動(dòng)對(duì)模塊對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移可能產(chǎn)生的影響。利用有限元法，在

2、溫度變化和振動(dòng)耦合條件下，對(duì)光互連模塊對(duì)準(zhǔn)位置處在笛卡爾坐標(biāo)系三軸向和相對(duì)角度產(chǎn)生的偏移量進(jìn)行了分析，并根據(jù)偏移量數(shù)據(jù)對(duì)耦合效率進(jìn)行了仿真計(jì)算，為提高光互連模塊在多物理場(chǎng)環(huán)境共同作用下的效率耦合，完成了焊點(diǎn)材料和結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)單因素變化時(shí)光互連模塊的有限元建模，并進(jìn)行了多物理場(chǎng)的耦合仿真，及對(duì)準(zhǔn)位置處偏移量分析和耦合效率的分析優(yōu)化，即通過(guò)ANSYS有限元分析軟件仿真分析了對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移量，然后使用ZEMAX軟件對(duì)耦合效率進(jìn)行了仿真分

3、析，并對(duì)分析結(jié)果分析處理之后，使用Design-Expert響應(yīng)面分析軟件與Matlab軟件對(duì)分析因素對(duì)光互連模塊的耦合效率進(jìn)行反應(yīng)曲面算法和遺傳算法的優(yōu)化分析，以達(dá)到提高光互連模塊的耦合效率。
　　首先，依照光互連模塊研究方面的文獻(xiàn)和微電子封裝組裝方面的工藝參數(shù)，確定光互連模塊結(jié)構(gòu)尺寸和材料參數(shù)，并使用ANSYS有限元分析軟件建立模塊的三維有限元模型，然后對(duì)光互連模塊進(jìn)行復(fù)合加載條件下的有限元分析，并獲取對(duì)準(zhǔn)位置處的三維方向的偏

4、移量和角度偏移值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論：對(duì)準(zhǔn)位置處在三軸向的偏移量SX（X軸向的偏移量，下同）>SZ>SY；焊點(diǎn)材料的不同對(duì)光互連模塊的關(guān)鍵耦合對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移量影響存在差異且比較顯著，其中焊料選為SAC387時(shí)，光互連模塊的對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移量相對(duì)最??；焊點(diǎn)體積在Y向的偏移量較為顯著；上層焊點(diǎn)陣列的高度變化對(duì)對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移量影響隨著上層焊點(diǎn)陣列的高度的增大，對(duì)準(zhǔn)位置處的偏移量和偏移角度都有增大的趨勢(shì)；相比上層焊點(diǎn)陣列高度的變化的

5、影響，下層焊點(diǎn)陣列的高度變化對(duì)偏移量的影響較?。缓副P(pán)直徑在對(duì)準(zhǔn)位置Y和Z方向的偏移影響較為顯著，特別是在Y軸方向的變化幅度達(dá)到了77.47%，在本文選擇的焊盤(pán)直徑取值范圍內(nèi)，隨著焊盤(pán)直徑的減小，角度的偏移量逐漸減小；焊點(diǎn)間距對(duì)對(duì)準(zhǔn)位置Y和Z方向的偏移影響顯著，偏移量的變化幅度分別達(dá)到了87.74%和51.06%。
　　其次，使用ZEMAX軟件建立光互連模塊光路耦合的關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)位置的耦合系統(tǒng)模型，研究了不同分析條件下和焊點(diǎn)幾何形態(tài)參數(shù)

6、單因子變化對(duì)耦合效率的影響，根據(jù)不同的分析條件對(duì)光互連模塊關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)位置處的耦合效率的影響分析對(duì)比可知，熱-結(jié)構(gòu)耦合條件下的耦合效率最低，溫振耦合條件下的耦合效率最高；單圈焊點(diǎn)陣列和兩圈焊點(diǎn)陣列的光互連模塊的有限元分析結(jié)果顯示，焊點(diǎn)陣列的高度增加都會(huì)使光互連模塊的耦合效率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中上層焊點(diǎn)陣列的高度變化對(duì)此影響相對(duì)更加明顯；在所選擇的焊點(diǎn)體積、焊點(diǎn)間距和焊盤(pán)直徑的變化范圍內(nèi)，光互連模塊的耦合效率有很小的波動(dòng)。
　　最后，使