多芯片組件（MCM）焊點(diǎn)可靠性的有限元模擬與壽命的預(yù)測(cè).pdf

1、為適應(yīng)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(shù)中的一種新型封裝形式,倍受電子工業(yè)界的關(guān)注,而焊點(diǎn)可靠性問(wèn)題是發(fā)展MCM技術(shù)的關(guān)鍵影響因素之一.焊點(diǎn)的可靠性問(wèn)題是電子封裝技術(shù)領(lǐng)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(wèn)題.實(shí)踐證

2、明,熱作用是封裝組件失效破壞的主導(dǎo)因素,因此對(duì)熱循環(huán)條件下的焊點(diǎn)可靠性進(jìn)行研究有著非常重要的意義.本文選擇無(wú)鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu作為MCM焊點(diǎn)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(gòu)方程, 進(jìn)行-55℃～125℃熱循環(huán)模擬.確定了MCM中最危險(xiǎn)的焊點(diǎn)部位以及該焊點(diǎn)中最危險(xiǎn)區(qū)域,分析了無(wú)鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點(diǎn)在熱循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變分布和變化規(guī)律,使用Darveaux

3、方程預(yù)測(cè)了焊點(diǎn)的熱疲勞壽命,并與63Sn37Pb釬料的焊點(diǎn)熱疲勞壽命作了對(duì)比,對(duì)無(wú)鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點(diǎn)可靠性做了評(píng)定.研究發(fā)現(xiàn):在MCM組件經(jīng)熱循環(huán)后,最危險(xiǎn)的組件為小芯片；在小芯片上,最危險(xiǎn)的部位為小芯片的邊緣.在同一芯片下,焊點(diǎn)的等效變形、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變,從所在芯片中心向邊緣逐漸增大.最危險(xiǎn)的焊點(diǎn)是小芯片下離小芯片中心最遠(yuǎn)的焊點(diǎn).焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變的最大區(qū)域是與上下焊盤(pán)連接的區(qū)域,最危險(xiǎn)的部位位于焊點(diǎn)與芯片上邊焊盤(pán)連

4、接的拐角處,裂紋就是從這里開(kāi)始產(chǎn)生,并逐漸向里擴(kuò)展,延伸到整個(gè)焊點(diǎn).非彈性應(yīng)變?cè)谏禍仉A段積累明顯,在保溫階段積累不明顯,這是溫度和應(yīng)力綜合作用的結(jié)果.在高溫保溫階段,應(yīng)力水平相對(duì)較低,應(yīng)變的積累不明顯；而在低溫保溫階段,應(yīng)力雖然較高,但溫度較低,非彈性應(yīng)變也不明顯.因此,升降溫對(duì)焊點(diǎn)的壽命影響至關(guān)重要.本文選用以能量為基礎(chǔ)的Darveaux壽命預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)了無(wú)鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點(diǎn)初始產(chǎn)生裂紋的循環(huán)次數(shù)和焊點(diǎn)的熱疲勞壽