多芯片組件（MCM）焊點可靠性的有限元模擬與壽命的預測.pdf

1、為適應集成電路的發(fā)展,以滿足電子產(chǎn)品在大功率、高速度、高密度、高精度和高可靠性等方面的需要,電子封裝在保證可靠性的前提下,提高速度、提高功率、提高散熱能力、增加I/O數(shù)、減少尺寸和降低成本,也向著高密度方向發(fā)展.多芯片組件(MCM)作為電子封裝技術中的一種新型封裝形式,倍受電子工業(yè)界的關注,而焊點可靠性問題是發(fā)展MCM技術的關鍵影響因素之一.焊點的可靠性問題是電子封裝技術領域亟待解決的重要課題,是決定電子產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)展的基本問題.實踐證

2、明,熱作用是封裝組件失效破壞的主導因素,因此對熱循環(huán)條件下的焊點可靠性進行研究有著非常重要的意義.本文選擇無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu作為MCM焊點材料,利用ANSYS有限元軟件建立MCM的三維條形模型；基于統(tǒng)一型粘塑性Anand本構方程, 進行-55℃～125℃熱循環(huán)模擬.確定了MCM中最危險的焊點部位以及該焊點中最危險區(qū)域,分析了無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點在熱循環(huán)過程中的應力應變分布和變化規(guī)律,使用Darveaux

3、方程預測了焊點的熱疲勞壽命,并與63Sn37Pb釬料的焊點熱疲勞壽命作了對比,對無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點可靠性做了評定.研究發(fā)現(xiàn):在MCM組件經(jīng)熱循環(huán)后,最危險的組件為小芯片；在小芯片上,最危險的部位為小芯片的邊緣.在同一芯片下,焊點的等效變形、等效應力、等效應變,從所在芯片中心向邊緣逐漸增大.最危險的焊點是小芯片下離小芯片中心最遠的焊點.焊點的應力應變的最大區(qū)域是與上下焊盤連接的區(qū)域,最危險的部位位于焊點與芯片上邊焊盤連

4、接的拐角處,裂紋就是從這里開始產(chǎn)生,并逐漸向里擴展,延伸到整個焊點.非彈性應變在升降溫階段積累明顯,在保溫階段積累不明顯,這是溫度和應力綜合作用的結果.在高溫保溫階段,應力水平相對較低,應變的積累不明顯；而在低溫保溫階段,應力雖然較高,但溫度較低,非彈性應變也不明顯.因此,升降溫對焊點的壽命影響至關重要.本文選用以能量為基礎的Darveaux壽命預測模型,預測了無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點初始產(chǎn)生裂紋的循環(huán)次數(shù)和焊點的熱疲勞壽