復(fù)合加載條件下光互連模塊對準(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傳輸瓶頸問題的新的互連方式之一，有著很好的發(fā)展前景。但因封裝組裝過程中因工藝和工作環(huán)境存在的熱與振動等因素的影響，光路對準(zhǔn)位置處會產(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)鍵問題。本文以一種典型的光互連模塊作為研究對象，對光互連模塊在組裝完成之后，實際應(yīng)用所處工作環(huán)境的熱與振動對模塊對準(zhǔn)位置處的偏移可能產(chǎn)生的影響。利用有限元法，在

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

3、析，并對分析結(jié)果分析處理之后，使用Design-Expert響應(yīng)面分析軟件與Matlab軟件對分析因素對光互連模塊的耦合效率進行反應(yīng)曲面算法和遺傳算法的優(yōu)化分析，以達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，然后對光互連模塊進行復(fù)合加載條件下的有限元分析，并獲取對準(zhǔn)位置處的三維方向的偏

4、移量和角度偏移值，并對結(jié)果進行分析，得出結(jié)論：對準(zhǔn)位置處在三軸向的偏移量SX（X軸向的偏移量，下同）>SZ>SY；焊點材料的不同對光互連模塊的關(guān)鍵耦合對準(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，光互連模塊的對準(zhǔn)位置處的偏移量相對最小；焊點體積在Y向的偏移量較為顯著；上層焊點陣列的高度變化對對準(zhǔn)位置處的偏移量影響隨著上層焊點陣列的高度的增大，對準(zhǔn)位置處的偏移量和偏移角度都有增大的趨勢；相比上層焊點陣列高度的變化的

5、影響，下層焊點陣列的高度變化對偏移量的影響較??；焊盤直徑在對準(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到了77.47%，在本文選擇的焊盤直徑取值范圍內(nèi)，隨著焊盤直徑的減小，角度的偏移量逐漸減??；焊點間距對對準(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幾何形態(tài)參數(shù)

6、單因子變化對耦合效率的影響，根據(jù)不同的分析條件對光互連模塊關(guān)鍵對準(zhǔn)位置處的耦合效率的影響分析對比可知，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；單圈焊點陣列和兩圈焊點陣列的光互連模塊的有限元分析結(jié)果顯示，焊點陣列的高度增加都會使光互連模塊的耦合效率呈現(xiàn)下降的趨勢，其中上層焊點陣列的高度變化對此影響相對更加明顯；在所選擇的焊點體積、焊點間距和焊盤直徑的變化范圍內(nèi)，光互連模塊的耦合效率有很小的波動。
　　最后，使