高 成,高 然,黄姣英,何明瑞

(北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院,北京 100191)

GPU 作为电子系统核心器件之一,使用范围广泛且数量大,高性能的GPU 能满足武器装备自主可控和国产计算机性能指标的战略需求。但受限于用量有限、产品迭代次数不足,国产GPU 仍存在很多问题。

与其他集成电路类似,国产GPU 中电子元器件种类较多,且由于结构和应用环境的不同,失效模式表现各异,失效机理千差万别,失效物理模型多种多样。通过调研发现,在实际使用过程中,焊点和引脚的失效占很大的比例,尤以焊点热疲劳和随机振动疲劳为主[1]。封装中的焊点失效问题,已经成为了制约其产品性能和可靠性的关键性因素。这是因为随着技术的进步和人们对运算性能要求的不断提升,使得元器件在生产和使用过程中集成度不断提高,但特征尺寸却不断缩小[2],导致焊点所承受的热载荷和随机振动载荷越来越高,成为器件中最薄弱的连接环节。

针对工作中出现的焊点的热疲劳失效和随机振动疲劳失效问题,可以通过实验进行研究,但这样做成本高、耗时长、可重复性较差。因此有必要采取以有限元仿真与基于故障物理的疲劳寿命预测为手段研究电子元器件失效问题。然而,国内外关于焊点失效问题的文献研究对象多为单个器件,并通过器件的对称性简化建模[3],所得到的大多为1/2 或1/4 的封装模型。这样做建模过程简单且耗时短,但并未考虑板级中其他器件与该器件的相互影响,导致仿真出的器件应力应变状态与真实的情况不相符,从而无法准确定位器件上的危险焊点与薄弱环节,并对外界载荷作用下焊点疲劳寿命的评估产生影响。……