專利名稱：電子部件解析方法、電子部件解析裝置及使用它的電子部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有焊錫凸塊等突起電極端子的各種電子部件解析方法、電子部件解析裝置及使用它所設(shè)計(jì)的電子部件。
背景技術(shù)：
目前，作為預(yù)測(cè)具有焊錫凸塊或者帶有焊錫凸塊和Au凸塊電極的BGA(球格陣列，Ball Grid Array)等的電子部件的特性的方法，可進(jìn)行利用各種數(shù)值模擬所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)。這是因?yàn)?，具有許多焊錫凸塊和BGA的電子部件的電極端子日益高密度化，為了高集成化，在電子部件內(nèi)部存在著復(fù)雜的線路圖案，因此，它們之間的機(jī)械相互作用和電氣相互作用增加，僅利用設(shè)計(jì)者或技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，不會(huì)得到如所期望那樣的設(shè)計(jì)特性。
在此，說(shuō)明現(xiàn)有的為了預(yù)測(cè)電子部件的電氣特性而進(jìn)行數(shù)值模擬的順序。圖9是表示現(xiàn)有的電子部件解析順序的流程圖。如圖9所示，首先，在步驟S11中，利用三維CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Comp puterAided Design)和數(shù)值模擬器具的模型作成功能，作成包含電子部件的形狀信息的三維模型的電子數(shù)據(jù)。接著，在步驟S12中，由該數(shù)據(jù)作成有限元模型。然后，在步驟S13中，使用有限元模型，進(jìn)行有限元解析等數(shù)值模擬，最后，在步驟S14中，顯示解析結(jié)果，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
但是，在一般的數(shù)值模擬工具中，就步驟S12中的有限元模型的作成來(lái)說(shuō)，為了盡量不損害本來(lái)的形狀信息，要將實(shí)體單元的大小細(xì)化，為了作成近似三維模型的有限元模型，有限元數(shù)容易變得龐大。
另外，焊錫凸塊、Au凸塊或BGA等的突起電極，多數(shù)情況下由包含曲線、曲面的三維模型構(gòu)成。因此，當(dāng)利用三角錐或長(zhǎng)方體等實(shí)體單元對(duì)這些形狀進(jìn)行單元分割，盡量忠實(shí)地近似形狀時(shí)，必須非常細(xì)地進(jìn)行單元分割，其數(shù)目變得很多。因此，單元數(shù)變得龐大，多數(shù)情況下在一個(gè)電子部件中存在許多焊錫凸塊或BGA，在這種情況下，單元數(shù)的增加更顯著。
圖10是利用現(xiàn)有的解析方法作成的有限元模型的焊錫凸塊的放大立體圖。圖10中的每一個(gè)焊錫凸塊的實(shí)體單元數(shù)是7444個(gè)。如果在電子部件上存在49個(gè)該焊錫凸塊，則每一個(gè)電子部件的單元數(shù)約為36萬(wàn)個(gè)(7444×49＝364756個(gè))。由于該數(shù)是龐大的單元數(shù)，所以解析時(shí)間長(zhǎng)。因此，預(yù)測(cè)電子部件的特性需要幾天的時(shí)間，造成設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)期化，結(jié)果是電子部件的價(jià)格高。
另外，在用于預(yù)測(cè)電氣特性的有限元解析等的數(shù)值模擬中，當(dāng)利用板殼單元或梁?jiǎn)卧扔邢迒卧獣r(shí)，焊錫凸塊或BGA形狀的模擬精度顯著變差。
另外，作為現(xiàn)有的電子器件的評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)裝置來(lái)說(shuō)，在日本公開專利的特開平11-272735號(hào)公報(bào)中公開了如下的方法為了預(yù)測(cè)具有焊錫凸塊或BGA的電子部件的機(jī)械強(qiáng)度，作成除了實(shí)體單元以外將用忽略厚度的平板所近似的板殼單元、用忽略粗度的梁所近似的梁?jiǎn)卧冗M(jìn)行組合的有限元解析模型的方法。
另外，在日本公開專利的特開2004-85397號(hào)公報(bào)中，介紹了利用Coffin-Manson法則估計(jì)的方法來(lái)作為估計(jì)焊錫接合部壽命的方法。
作為制造部件的性能預(yù)測(cè)裝置來(lái)說(shuō)，已知有歐洲專利公開1342137A2號(hào)公報(bào)(國(guó)際公開號(hào)WO2002/037342)所述的裝置。
在歐洲公開專利1342137A2號(hào)公報(bào)(國(guó)際公開號(hào)WO2002/037342)中，具備存儲(chǔ)所關(guān)聯(lián)的材料的多個(gè)流動(dòng)學(xué)的劣化數(shù)據(jù)的流動(dòng)學(xué)劣化數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)所關(guān)聯(lián)的材料的多個(gè)機(jī)械的劣化數(shù)據(jù)的機(jī)械劣化數(shù)據(jù)庫(kù)、和計(jì)算具有規(guī)定幾何形狀的個(gè)別材料在規(guī)定加工條件下的部件性能預(yù)測(cè)的計(jì)算機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在進(jìn)行電子部件的評(píng)價(jià)、性能預(yù)測(cè)或電子部件的壽命估計(jì)時(shí)，通過(guò)縮短電子部件的設(shè)計(jì)時(shí)間，從而降低電子部件的成本。
本發(fā)明的電子部件解析方法是具有形成多個(gè)焊錫凸塊或BGA的突起電極端子的電子部件的解析方法，其中將構(gòu)成焊錫凸塊、BGA的三維模型的曲線及曲面置換為用多角形近似的三維模型，使用對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型。
根據(jù)這種方法，即使是具有多個(gè)焊錫凸部或BGA的電子部件，也可以在將這些三維模型變換為有限元模型之前，將焊錫凸塊或BGA等的曲線或曲面置換為用多角形近似的三維模型。另外，通過(guò)將這些模型變換為使用了實(shí)體單元的有限元模型，可以抑制有限元解析中所用的全體的單元數(shù)的增加，因此可以縮短有限元解析所需的時(shí)間。
另外，本發(fā)明的另一種電子部件的解析方法是，在構(gòu)成焊錫凸塊或BGA的三維模型的形狀中含有圓或橢圓的情況下，將圓或橢圓置換為用角數(shù)為6以上16以下的多角形近似的三維模型，使用對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型。
通過(guò)將焊錫凸塊或BGA等的電極端子置換為用角數(shù)為6以上16以下的多角形近似的三維模型，使用對(duì)該三維模型進(jìn)行變換而得的有限元模型的解析結(jié)果的誤差可以很小，由于可以不增大解析誤差，而且抑制單元數(shù)的增加，所以解析時(shí)間不是幾天，可使利用數(shù)值模擬的電氣特性的預(yù)測(cè)十分實(shí)用。
另外，本發(fā)明的電子部件解析裝置，包括作成具備形成有焊錫凸部或BGA等曲面部的多個(gè)電極端子的電子部件的三維模型的器件；將焊錫凸部或BGA的曲線或曲面置換為用多角形近似的三維模型的器件；將用多角形近似的三維模型變換為使用了實(shí)體單元的有限元模型的器件；進(jìn)行用于計(jì)算電氣特性的有限元解析的器件；和，顯示所得到的解析結(jié)果的顯示器件。
通過(guò)在電子部件的設(shè)計(jì)和解析中使用本發(fā)明的電子部件解析裝置，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行具有多個(gè)焊錫凸塊或BGA的電子部件的電氣特性的預(yù)測(cè)，因此可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
另外，本發(fā)明的電子部件是使用其所具備的將構(gòu)成焊錫凸塊、Au凸塊或BGA等的突起(凸塊)電極的三維模型的曲線和曲面置換為用多角形近似的三維模型、對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型而設(shè)計(jì)的。
另外，本發(fā)明的電子部件是使用其所具備的在構(gòu)成焊錫凸塊或BGA的三維模型的形狀中含有圓或橢圓等曲面部的情況下、將該圓或橢圓置換為用角數(shù)為6以上16以下的多角形近似的三維模型、對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型而設(shè)計(jì)的。
這樣的本發(fā)明的電子部件，由于可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)而使其電氣特性為最佳值，所以可得到電氣特性優(yōu)異并且成本低廉的電子部件。
另外，本發(fā)明的電子部件可以使用下述這樣的電子部件解析裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)或解析，該電子部件解析裝置包括作成具備形成有焊錫凸部、Au凸塊或BGA等突起(凸塊)電極的電極端子的電子部件的三維模型的器件；將焊錫凸部或BGA的曲線或曲面等曲面部置換為用多角形近似的三維模型的器件；將用多角形近似的三維模型變換為使用了實(shí)體單元的有限元模型的器件；用于計(jì)算電氣特性的有限元解析實(shí)行器件；和，顯示用有限元解析實(shí)行器件所得到的解析結(jié)果的顯示器件。
這樣的本發(fā)明的電子部件解析裝置，由于可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解析而使電子部件的電氣特性為最佳值，所以可得到電氣特性優(yōu)異并且成本低廉的電子部件。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電子部件解析方法的順序的流程圖。
圖2是具有焊錫凸塊的電子部件的立體圖。
圖3是具有焊錫凸塊的電子部件的側(cè)面圖。
圖4是焊錫凸塊的放大立體圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式的電子部件的多角形近似三維模型的立體圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式的電子部件的多角形近似三維模型的側(cè)面圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式的多角形近似三維模型的焊錫凸塊的放大立體圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的焊錫凸塊的多角形近似程度和數(shù)值解析誤差之關(guān)系的圖。
圖9是表示現(xiàn)有的電子部件的解析順序的流程圖。
圖10是利用現(xiàn)有的解析方法作成的焊錫凸塊有限元模型的立體圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)以下，參照

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電子部件解析方法順序的流程圖。如圖1所示，在最初的步驟S1中，與目前同樣，作成包含電子部件形狀信息的三維模型的電子數(shù)據(jù)。接著，在步驟S2中，將構(gòu)成三維模型的曲線或曲面置換為用多角形所近似的三維模型。然后，在步驟S3中，對(duì)用多角形所近似的三維模型進(jìn)行變換，作成有限元模型。接著，在步驟S4中，使用在步驟S3中作成的有限元模型進(jìn)行有限元解析等的數(shù)值模擬，最后，在步驟S5中，顯示解析結(jié)果，進(jìn)行評(píng)價(jià)。在步驟S3中作成的有限元模型的單元種類，使用解析精度最高的實(shí)體單元。
在本發(fā)明中，通過(guò)遵循在步驟S2中的置換為用多角形近似的三維模型的順序，可以減少在步驟S3中作成的有限元模型中所含的實(shí)體單元的數(shù)目，因此，可以縮短解析時(shí)間。
以下，以適用于電子部件中的結(jié)果為例對(duì)本發(fā)明的具體例加以說(shuō)明。
圖2是具有焊錫凸塊的電子部件的立體圖。在圖2中，在電子部件素材2的電極端子上形成焊錫凸塊1。
圖3是圖2的側(cè)面圖。圖4是圖2的焊錫凸塊1的放大立體圖。
如圖4所示，在現(xiàn)有的解析方法的焊錫凸塊1的有限元模型的作成中，為了盡量不損害碗形焊錫凸塊1的形狀，要用微小的實(shí)體單元的集合進(jìn)行近似，因此單元數(shù)是非常多的。然而，在本發(fā)明的解析方法的順序中，對(duì)包含曲線或曲面的焊錫凸塊1的三維模型在角為6以上16以下的范圍內(nèi)進(jìn)行多角形近似。
圖5是對(duì)圖2的三維模型進(jìn)行多角形近似的例子，圖6是圖5的側(cè)面圖，圖7是圖5的焊錫凸塊1的放大立體圖。
此時(shí)，圖7那樣的從焊錫凸塊1的多角形近似模型作成有限元模型時(shí)的實(shí)體單元數(shù)是1620。由于現(xiàn)有的焊錫凸塊的實(shí)體單元數(shù)是7444，所以用現(xiàn)有的解析方法得出的有限元模型和用本發(fā)明的解析方法得出的有限元模型的每一個(gè)焊錫凸塊的實(shí)體單元數(shù)之差是5824。如圖2所示，在電子部件上存在49個(gè)焊錫凸塊1的情況下，利用單純計(jì)算可知，每一個(gè)電子部件的單元數(shù)之差約為28萬(wàn)個(gè)。
這樣，在電子部件具有焊錫凸塊1或BGA的情況下，多數(shù)情況下它們的形狀中包含曲線或曲面，再者，如圖2所示，多數(shù)情況下在電子部件上存在許多焊錫凸塊1或BGA，因此，單元數(shù)的增加更加顯著。
進(jìn)行圖1所示的電子部件的電磁場(chǎng)模擬的結(jié)果，用現(xiàn)有的解析方法，需要大約二天的解析時(shí)間，與此相對(duì)，若用本發(fā)明的解析方法，解析時(shí)間約為4小時(shí)，可以大幅度地縮短解析時(shí)間。
另一方面，當(dāng)對(duì)焊錫凸塊1或BGA等的三維模型中所包含的曲線或曲面進(jìn)行多角形近似時(shí)，當(dāng)多角形的角數(shù)過(guò)少時(shí)，由于對(duì)原來(lái)模型的近似程度變差，解析誤差變大。因此，對(duì)作為焊錫凸塊1的水平剖面形狀的圓形用何種角形進(jìn)行近似，可以抑制解析精度的劣化。
圖8是表示多角形近似程度和解析誤差之關(guān)系的圖。橫軸為對(duì)上述圓形狀進(jìn)行近似的多角形的角數(shù)，縱軸為相對(duì)于圖10那樣的充分多的單元數(shù)時(shí)的解析結(jié)果的數(shù)值誤差。
在本發(fā)明中，焊錫凸塊1的垂直方向的多角形近似，如圖7所示，是在底面和上面實(shí)施多角形近似，再在底面和上面的中間部也進(jìn)行多角形近似。
由如圖8所示的焊錫凸塊的多角形近似程度和數(shù)值解析誤差之關(guān)系可看出，如果多角形近似的角數(shù)為6以上，則將解析誤差抑制在3％以下，因此，可以得到實(shí)用的數(shù)值模擬的電氣特性的預(yù)測(cè)。另外，當(dāng)多角形近似的角數(shù)比16多時(shí)，由于作成有限元模型時(shí)的實(shí)體單元的數(shù)目增加，所以解析時(shí)間延長(zhǎng)，不實(shí)用。因此，多角形近似的角數(shù)，以6～16為適宜。
如上所述，用目前的解析方法預(yù)測(cè)電氣特性需要幾天，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，則只要幾小時(shí)就可以解析，而且就所得出的解析結(jié)果來(lái)說(shuō)，可得到與目前需要幾天做出的結(jié)果幾乎沒(méi)有變化的值，可以縮短電子部件的設(shè)計(jì)時(shí)間。
本發(fā)明作為具有焊錫凸塊、Au凸塊或這樣的突起(凸塊)電極的BGA等的電子部件的解析方法、電子部件的解析裝置是適合的。但是，如焊錫凸塊等那樣，在所謂在電極上具有曲面部的各種電極或電子部件即具有曲面部的各種端子的性能解析和壽命的估計(jì)中也適用。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的電子部件的解析方法是一種在預(yù)測(cè)具有許多焊錫凸塊、Au凸塊或這樣凸塊電極的BGA等的所謂具有突起電極的電子部件的特性時(shí)、將構(gòu)成焊錫凸塊或BGA的三維模型的曲線或曲面置換為用多角形近似的三維模型、再對(duì)該三維模型進(jìn)行變換而作成的使用實(shí)體單元的有限元模型的解析方法。
另外，通過(guò)將本發(fā)明的電子部件解析裝置用于電子部件的設(shè)計(jì)和解析中，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行具有許多焊錫凸塊或BGA的電子部件的電氣特性的預(yù)測(cè)，因此可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
另外，由于本發(fā)明的電子部件可以采用電子部件解析方法和解析裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)以及壽命估計(jì)，所以用于預(yù)測(cè)具有焊錫凸塊或BGA的電子部件的電氣特性的數(shù)值模擬，目前需要數(shù)天，但本發(fā)明只用數(shù)小時(shí)就可進(jìn)行解析。因此，電子部件的設(shè)計(jì)時(shí)間可以縮短，可以對(duì)電子部件的成本降低做出大的貢獻(xiàn)。
如上所述，本發(fā)明對(duì)作為各種電子設(shè)備中所使用的電子部件及其解析貢獻(xiàn)很大。
權(quán)利要求
1.一種電子部件解析方法，該電子部件包括具有曲面部的電極端子，其特征在于將構(gòu)成上述電極端子的三維模型的曲線及曲面置換為用多角形近似的三維模型，使用對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型。
2.一種電子部件解析方法，該電子部件包括具有曲面部的電極端子，其特征在于將上述電極端子置換為用角數(shù)為6以上16以下的多角形近似的三維模型，使用對(duì)該三維模型進(jìn)行變換所作成的使用了實(shí)體單元的有限元模型。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子部件解析方法，其特征在于電極是焊錫凸塊、Au凸塊或BGA。
4.一種電子部件解析裝置，其包括具有曲面部的電極端子，其特征在于包括作成上述電極端子的三維模型的器件；將上述電極端子曲面部置換為用多角形近似的三維模型的器件；將用多角形近似的三維模型變換為使用了實(shí)體單元的有限元模型的器件；用于計(jì)算電氣特性的有限元解析實(shí)行器件；和，顯示用上述有限元解析實(shí)行器件得到的解析結(jié)果的顯示器件。
5.如權(quán)利要求4所述的電子部件解析裝置，其特征在于電極是焊錫凸塊、Au凸塊或BGA。
6.一種電子部件，其特征在于使用權(quán)利要求1或2所述的電子部件解析方法進(jìn)行解析。
7.一種電子部件，其特征在于使用權(quán)利要求4所述的電子部件解析裝置進(jìn)行解析。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可實(shí)現(xiàn)縮短電子部件的設(shè)計(jì)時(shí)間、降低其成本的電子部件解析方法、電子部件解析裝置。在解析具有焊錫凸塊、Au凸塊或BGA等突起電極的電子部件時(shí)，在步驟S1中，作成包含電子部件形狀信息的三維模型的電子數(shù)據(jù)。接著，在步驟S2中，將構(gòu)成三維模型的曲線或曲面置換為用多角形近似的三維模型。然后，在步驟S3中，對(duì)用用多角形近似的三維模型進(jìn)行變換，作成有限元模型。接著，在步驟S4中，使用在步驟S3中作成的有限元模型進(jìn)行有限元解析等的數(shù)值模擬，最后，在步驟S5中，顯示解析結(jié)果，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1627303SQ200410086678
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者佐佐木幸紀(jì) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社