無(wú)鉛BGA封裝跌落沖擊動(dòng)態(tài)響應(yīng)和失效分析.pdf

1、由于人們對(duì)便攜式電子產(chǎn)品日益增加的需求以及無(wú)鉛焊料的強(qiáng)制使用，焊點(diǎn)跌落碰擊可靠性已經(jīng)成為支撐便攜式電子產(chǎn)品行業(yè)的重要挑戰(zhàn)之一。研究無(wú)鉛焊點(diǎn)在跌落沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有重要意義。
　　通過(guò)板級(jí)跌落碰撞實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析跌落沖擊下無(wú)鉛焊點(diǎn)和錫鉛焊點(diǎn)的破壞行為。設(shè)計(jì)跌落實(shí)驗(yàn)所用的試件和實(shí)驗(yàn)方案，監(jiān)測(cè)跌落過(guò)程中PCB中心的應(yīng)變信號(hào)和焊點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電壓。采用染色法標(biāo)記焊點(diǎn)的破壞形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明錫鉛和無(wú)鉛BGA封裝均為最外圍拐角焊點(diǎn)靠近PCB側(cè)最先

2、發(fā)生失效;錫鉛焊點(diǎn)的破壞為韌性斷裂，無(wú)鉛焊料發(fā)生脆性破壞;從染色圖中可以看出錫鉛焊點(diǎn)的破壞模式為焊盤(pán)的斷裂，而無(wú)鉛焊點(diǎn)失效模式為IMC層的脆性破壞。焊點(diǎn)的失效機(jī)理為封裝和PCB板的彎曲剛度存在差異，當(dāng)PCB朝下發(fā)生彎曲時(shí)，最外圍焊點(diǎn)承受拉應(yīng)力;PCB朝上發(fā)生彎曲時(shí)，最外圍焊點(diǎn)承受壓應(yīng)力。跌落過(guò)程中，隨著PCB反復(fù)彎曲，最外圍焊點(diǎn)拉壓應(yīng)力交錯(cuò)產(chǎn)生，從而使焊點(diǎn)產(chǎn)生裂紋最終完全失效。
　　采用ABAQUS隱式動(dòng)態(tài)分析法計(jì)算無(wú)鉛BGA封裝

3、跌落碰撞動(dòng)態(tài)響應(yīng)。建立BGA封裝三維有限元模型，載荷選取JEDEC標(biāo)準(zhǔn)工況B，載荷施加采用Input-G法，邊界條件為寬度方向水平位移約束。對(duì)BGA封裝進(jìn)行有限元模態(tài)分析，研究其各階模態(tài)的振型和頻率。模擬結(jié)果表明，PCB中心長(zhǎng)度方向應(yīng)變的模擬曲線與實(shí)驗(yàn)曲線基本重合，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在最外圍拐角靠近PCB側(cè)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。說(shuō)明所建模型的正確性。PCB撓度曲線為正弦曲線，表明PCB板在跌落碰撞時(shí)發(fā)生上下彎曲。跌落沖擊載荷下BGA封裝振動(dòng)變形

4、，第一階模態(tài)是主要的，高階模態(tài)影響較小。最外圍拐角焊點(diǎn)的各應(yīng)力中，垂直于PCB板方向正應(yīng)力，即剝離應(yīng)力，遠(yuǎn)大于其他應(yīng)力，是導(dǎo)致焊點(diǎn)產(chǎn)生裂紋的主要原因。
　　有限元模型建立正確的基礎(chǔ)上，對(duì)外圍尺寸相同的三種不同的焊點(diǎn)分布進(jìn)行分析。結(jié)果表明:三種不同的分布，Mises應(yīng)力最大焊點(diǎn)均為最外圍拐角焊點(diǎn)，最外圍橫向焊點(diǎn)的應(yīng)力明顯小于對(duì)應(yīng)縱向焊點(diǎn)的應(yīng)力;不同焊點(diǎn)分布對(duì)PCB撓度影響較小;對(duì)于全陣列的焊點(diǎn)分布，在相同跌落沖擊載荷下，密度小的焊點(diǎn)