4-1 離散化分析
為確定模擬分析所建立之模型是否符合研究所需，必須先作離散化分析以確 保模型之穩定性，穩定性分析以元素數量(element number)、電流密度(current density)對應於元素大小(element size)繪製成圖 4-1、圖 4-2；經由穩定性分析結果 可知，當元素大小為10um 時，分割產生元素數量及計算所得之電流密度值所繪
element size (um)
element size v.s current density
0
element size (um)
element size v.s element number
31
4-2 平均失效壽命
不考慮因為電阻與電流關係產生的焦耳熱，溫度為室溫溫度 298K(25℃)，由 [21]文獻中能夠查出，SAC405 的活化能為 0.98eV，A 由其文獻所實驗電流密度 與得到的失效時間，推算出A 約為 391.9322，此為預計電阻增加達 18%時的值[21]。
因此考慮室溫下使用此電子產品，則1A 電流衝擊造成的失效時間約為
2.27887E+14個小時。但是整個失效時間會因為溫度改變，溫度與失效時間的關係
圖見下圖4-3。
圖4-3 平均失效壽命對溫度關係圖
4-3 錫凸塊電性模擬
本研究將錫凸塊模擬分析作以下之區分：無孔洞錫凸塊電性分析、無孔洞錫 凸塊電轉結構分析、有孔洞電性分析，其中有孔洞錫凸塊會再依孔洞大小及形狀 做進一步模擬。
本部分研究是將通入電流以及結構高度做改變，觀察其電流密度、溫度、電 位能及焦耳熱之改變，並將其製成圖表以便判讀。
32
改變電流強度
本研究將不同強度電流通入錫凸塊，觀察其電流密度走向、電位能及焦耳熱 之改變。電流密度走向分析結果如圖4-4 至 4-8
圖4-4 通入 0.02 安培之電流密度走向
圖4-5 通入 0.06 安培之電流密度走向
33
圖4-6 通入 0.08 安培之電流密度走向
圖4-7 通入 0.1 安培之電流密度走向
圖4-8 通入 0.15 安培之電流密度走向 焦耳熱之分析結果見圖4-9 至圖 4-11
將
將焦耳熱與與電流關係繪
圖4-9 通
圖4-10 通
圖4-11 通 繪製成圖
34
通入0.02 安
通入0.06
通入0.08 安 4-12 如下
安培之焦耳
安培之焦耳
安培之焦耳 耳熱
耳熱
耳熱
35
圖4-12 電流對焦耳熱之影響 改變高度
本研究針對錫凸塊的高度做改變，來觀察電流密度走向以及焦耳熱之變化。
分析結果如圖4-13 至 4-16。
圖4-13 高度 h=0.1064mm 之電流密度走向 電流對焦耳熱之影響
0 500 1000 1500
0.02 0.06 0.08 0.1 0.15 0.2 0.5 1 電流強度(A)
焦耳熱(mW)
將將高度改變
圖4-14
圖4
圖4
變對焦耳熱之
4 高度 h=0
4-15 高度
4-16 高度
之影響繪製
36
0.1164mm
度h=0.1064
度h=0.1164
製成圖表
m 之電流密
mm 之焦耳
mm 之焦耳
，如下圖4
密度走向
耳熱
耳熱
4-17
37
圖4-17 高度對焦耳熱之影響 4-4 無孔洞錫凸塊電轉結構
改變電流強度
將前一節所取得的電性模擬資料，代入電腦進行電轉結構分析，所取得資料
如下圖4-18 至圖 4-22 所示。
圖4-18 通入 0.02 安培之應力圖 高度對焦耳熱之影響
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.1064 0.1164 0.1238
錫球高度 (mm)
焦耳熱(mW)
38
圖4-19 通入 0.06 安培之應力圖
圖4-20 通入 0.08 安培之應力圖
39
圖4-21 通入 0.1 安培之應力圖
圖4-22 通入 0.15 安培之應力圖 改變高度
針對錫凸塊的高度改變，觀察結構改變是否對應力產生變化。分析結果如圖 4-23、4-24。
40
圖4-23 高度 h=0.1064mm 之應力圖
圖4-24 高度 h=0.1164mm 之應力圖 4-5 有孔洞錫凸塊電性模擬
本研究針對錫球因助銲劑(flux)影響而產生孔洞，先針對孔動產生位置做電性 模擬比較。孔洞分佈採取將孔洞至於不同位置處，下端右邊、中間以及左邊，如 圖4-25。
41
圖4-25 孔洞分佈位置示意圖
將孔洞不同位置所作的電性模擬分析結果做比較，發現右邊靠進出口處所產 生的孔洞會造成影響較大，因此再對此處作進一步分析。
孔洞大小改變
將右端孔洞再進一步做孔洞大小的改變，並輸入 0.1 安培的電流觀察其電流 流動現象，所得模擬圖見圖4-26 至圖 4-29
圖4-26 孔洞直徑 0.015mm 電流走向
42
圖4-27 孔洞直徑 0.02mm 電流走向
圖4-28 孔洞直徑 0.025mm 電流走向
43
圖4-29 孔洞直徑 0.03mm 電流走向
再將無鉛銲錫部分單獨分開來觀察，可以發現其電流走向會在孔洞處變得更 加凌亂且擁擠，見圖4-30 至圖 4-33
圖4-30 孔洞直徑 0.015mm 電流走向
44
圖4-31 孔洞直徑 0.02mm 電流走向
圖4-32 孔洞直徑 0.025mm 電流走向
45
圖4-33 孔洞直徑 0.03mm 電流走向
將分析取得的數據繪製成圖表如下圖 4-34 至圖 4-37。
圖4-34 孔洞大小對溫度示意圖
67.9 68 68.1 68.2 68.3 68.4 68.5 68.6 68.7 68.8 68.9
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Temperature(℃)
Void size(mm)
Void size vs. Temperature
46
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Current densty(J/mm^2)
Void size(mm)
Void size vs. Current densty
12.788
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Joule heating(J)
Void size(mm)
Void size vs. Joule heating
0.033150.0332 0.033250.0333 0.033350.0334 0.033450.0335 0.033550.0336
0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Ppotential Energy(V)
Void size(mm)
Void size vs. Potential Energy
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4-6 孔洞錫凸塊電轉結構
將前一節所取得的電性模擬資料，代入電腦進行電轉結構分析，所取得資料 如下圖4-38 至圖 4-22 所示。
圖4-38 孔洞大小 0.015mm 電轉結構之應力圖
圖4-39 孔洞大小 0.02mm 電轉結構之應力圖
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圖4-40 孔洞大小 0.025mm 電轉結構之應力圖
圖4-41 孔洞大小 0.03mm 電轉結構之應力圖
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4-7 孔洞數量改變
針對孔洞數量做改變，將其區分為一顆孔洞、二顆孔洞、三顆孔洞以及一片 孔洞，取得分析資料如下圖4-42 至圖 4-44。
圖4-42 兩顆孔洞電流走向
圖4-43 三顆孔洞電流走向
圖4-44 一片孔洞電流走向
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