SMT焊點(diǎn)的可靠性研究及CBGA焊點(diǎn)有限元分析.pdf

1、表面組裝技術(shù)焊點(diǎn)的可靠性問(wèn)題是電子產(chǎn)品能夠廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。本文針對(duì)某型號(hào)產(chǎn)品對(duì)元器件的要求，從QFP、PBGA到CBGA焊點(diǎn)的可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 利用微焊點(diǎn)強(qiáng)度測(cè)試儀(STR－1000)對(duì)QFP焊點(diǎn)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度的測(cè)試，研究了引腳數(shù)、焊膏成分(選擇SnPb和SnAgCu焊膏為代表)對(duì)其力學(xué)性能的影響，借助掃描電子顯微鏡對(duì)焊點(diǎn)斷裂處的形貌進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在相同引腳數(shù)的條件下，SnAgCu焊膏的QFP焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度大于S

2、nPb焊膏的QFP焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度；在焊膏成分相同時(shí)，100引腳QFP焊點(diǎn)的強(qiáng)度大于48引腳QFP焊點(diǎn)的強(qiáng)度。 PBGA 封裝(為塑料封裝)克服了QFP焊點(diǎn)細(xì)間距的缺點(diǎn)，但是其焊點(diǎn)質(zhì)量的檢測(cè)方法研究仍未成熟。用X射線對(duì)一系列PBGA焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，采用微焊點(diǎn)強(qiáng)度測(cè)試儀研究了微焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，并對(duì)不同直徑的PBGA焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明：在相同條件下，PBGA球直徑越大，抗剪強(qiáng)度值越??；共晶釬料PBGA焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度比錫

3、鉛合金釬料自身的抗剪強(qiáng)度大。 CBGA封裝克服了PBGA 封裝(為塑料封裝)容易吸潮的缺點(diǎn)，但是其焊點(diǎn)的可靠性仍為重要的研究對(duì)象。按照美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)CBGA封裝焊點(diǎn)進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：CBGA焊點(diǎn)熱循環(huán)達(dá)到170次時(shí)，在焊點(diǎn)的下界面開(kāi)始產(chǎn)生裂紋并沿晶界擴(kuò)展；隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，焊點(diǎn)的上界面也逐漸出現(xiàn)裂紋，熱循環(huán)達(dá)到240次時(shí)失效。隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，CBGA封裝焊點(diǎn)的晶粒逐漸長(zhǎng)大，金屬化合物層增厚，焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度隨著

4、熱循環(huán)次數(shù)的增加而下降。 在CBGA封裝焊點(diǎn)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，采用ANSYS軟件對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行了2D和3D的有限元分析。結(jié)果表明：溫度載荷下焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變隨著時(shí)間均產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化，焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變呈周期性變化規(guī)律。焊點(diǎn)的應(yīng)力集中在焊點(diǎn)的最下端，即在焊點(diǎn)與基板界面首先出現(xiàn)裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，在焊點(diǎn)的上界面也逐漸出現(xiàn)裂紋。2D分析模擬與大多數(shù)理論分析結(jié)果一致，3D計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果基本吻合，研究結(jié)果對(duì)某型號(hào)產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)以及電子行