Electro thermomechanical coupling of a BGA assembly subjected to combined and alternating power and

Lightweight electronic devices and increasing power density are driving designers to constantly improve the performance of electronic systems. Among the frequent loads experienced by this equipment are electrical power cycles and thermal cycles. The combination of these cycles often leads to the failure of the electronic device and consequently to the failure of the entire system. Among the most stressed components in this equipment are the solder joints, whose material is SAC305. In this study, the aim is to study the evolution of the thermal gradient in the case of Power Cycling and Thermal Cycling, either alternated, so it is the Joule and Peltier effects alone, or combined, so it is the combination of the two effects mentioned above plus the heat flow generated during the submission of the equipment in a virtual thermal chamber and its impact on the thermal deformation of solder joints. The finite element method (FEM) is used to simulate the coupled electrical, thermal and mechanical fields in the assembly and to evaluate the response of the solder joints exposed to the mentioned process. Stresses and Strains are evaluated.

La légèreté des dispositifs électroniques et la progression de la densité de puissance amènent les concepteurs à améliorer constamment les performances des systèmes électroniques. Parmi les charges fréquentes que subit cet équipement figurent les cycles d’alimentation électriques et les cycles thermiques. La combinaison de ces cycles conduit souvent à la défaillance du dispositif électronique et par conséquent à la défaillance de l’ensemble du système. Parmi les composants les plus sollicités dans ces équipements, on trouve les joints de soudure dont le matériau est le SAC305. Dans cette étude, le but est d’étudier l’évolution du gradient thermique dans le cas du Power Cycling et du Thermal Cycling, soit alternés, donc il s’agit des effets Joule et Peltier seuls, soit combinés, donc il s’agit de la combinaison des deux effets cités précédemment plus le flux de chaleur généré mors de la soumission de l’équipement dans une chambre thermique virtuelle et son impact sur la déformation thermique des joints de brasure. La méthode des éléments finis (FEM) est utilisée pour simuler les champs électriques, thermiques et mécaniques couplées dans l’assemblage et pour évaluer la réponse des joints de soudure exposés au processus mentionné. Les contraintes et les déformations sont évalués.

Power cycle thermal cycle SAC305 solder joints thermal gradient Joule effect Peltier effect thermal deformation electro-thermomechanical simulation

Cycle d’alimentation cycle thermique joints de soudure SAC305 gradient thermique effet joules effet Peltier déformation thermique simulation électro-thermomécanique