熱循環(huán)載荷下BGA復合焊點疲勞壽命的研究.pdf

1、有限元數值模擬(Finite Element Method, FEM)和加速熱循環(huán)試驗(Accelerated Thermal Cycle, ATC)是預測球柵陣列(Ball Grid Array, BGA)封裝器件焊點在熱載荷作用下熱疲勞壽命的有效方法。本文采用FEM和ATC兩種方法，系統(tǒng)地研究了由10Sn90Pb和63Sn37Pb兩種釬料構成的BGA復合焊點在熱循環(huán)載荷作用下的疲勞行為，預測了復合焊點的熱疲勞壽命，總結了失效位置分布

2、規(guī)律及趨勢，分析了影響焊點熱疲勞壽命的幾何因素和載荷因素。
　　首先，分析了63Sn37Pb釬焊10Sn90Pb及銅制焊盤的過程，給出了系統(tǒng)各能量的矢量形式，基于能量最小原理，采用Surface Evolver軟件計算了BGA封裝器件整體能量最小時，復合焊點的幾何形貌參數，根據計算結果，采用合理簡化，建立了有限元模型。
　　其次，推導了10Sn90Pb和63Sn37Pb兩種釬料 Anand本構方程的九個參數，采用MSC.MA

3、RC自帶的表格擬合應力與應變率、溫度的曲面，將Anand方程引入有限元分析計算，并將0.5％的恒應變率拉伸試驗模擬數據與實測數據比較，驗證了Anand本構方程描述錫鉛釬料力學性能的合理性。
　　再次，采用FEM計算了 BGA復合焊點在熱循環(huán)載荷作用下的應力應變特征，分析了焊點失效的危險區(qū)域，基于修正的C-M方程預測了各種參數的BGA復合焊點的熱疲勞壽命。研究表明：分布在外側的BGA復合焊點具有較高的應力、應變及累計能量密度，在熱循

4、環(huán)載荷下，通常最先失效；低溫共晶焊膏體積的多少決定了疲勞破壞的具體位置：當低溫共晶焊膏量較少時，破壞發(fā)生在焊膏與焊盤連接處，而且疲勞壽命非常低，當低溫共晶焊膏量較多時，破壞發(fā)生在焊膏與高鉛焊料球的連接處，但疲勞壽命較高；增加高鉛焊料球最大徑向尺寸 D、減小熱循環(huán)載荷的升降溫速率 v及熱循環(huán)載荷的高低溫保溫時間T，可以提高焊點的熱疲勞壽命。
　　最后，通過 ATC的正交試驗和染色起拔試驗分析了疲勞壽命影響因素和裂紋擴展規(guī)律。研究表明