摘要
球栅阵列（BGA）广泛应用于芯片封装中，其焊点的热机械性能显著影响封装器件的性能。为研究和改善BGA焊点在稳态条件下的热机械性能，基于构形理论与多物理场耦合数值计算相结合的方法，建立了微通道强制液冷条件下BGA封装芯片的热机械耦合模型，并提出了最高温度和最大变形的复合评价指标以优化焊点设计。以焊点总数和总体积为约束条件，以焊点的长短半轴比和球栅阵列布局为设计变量，选取最高温度、最大变形及其复合函数作为性能指标，系统研究了焊点形状和布局演变对器件热机械性能的影响。结果表明：在阵列型、矩形环型和交错型三种布局中，矩形环型在所有长短半轴比下均能获得最低的最高温度和最大变形，而阵列型和交错型在不同比值下各有优劣。在所研究案例中，最高温度的最大值与最小值之差为7.8 K，最大变形的最大值与最小值之差为5.88 × 10?3 mm，最大降低比例可达74.5%。在三种BGA布局下，最高温度随长短半轴比单调递增，而最大变形单调递减。复合函数随长短半轴比的变化随权重因子比的不同而改变，但最优BGA布局保持不变，始终为矩形环型布局。当权重因子比为7:3时，存在一个最优长短半轴比使复合函数最小化。本研究的方法和结果可为BGA封装芯片的热机械设计提供理论依据。
