材料選擇對BGA焊點熱可靠性影響的有限元仿真研究.pdf

1、伴隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子封裝作為一門獨立的新型高技術(shù)行業(yè)迅速成長起來。表面貼裝技術(shù)(SurfaceMountTechnology，簡稱；SMT)作為電子封裝的一項技術(shù)突破，被譽為“電子封裝技術(shù)革命”，它具有諸多優(yōu)越性。但也存在著致命的弱點—焊點壽命有限、可靠性較差。尤其是低周熱疲勞作為其主要失效因素得到廣泛的關(guān)注。然而由于焊點尺寸細小，現(xiàn)有的實驗手段無法在熱疲勞試驗的同時實時監(jiān)測焊點的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變。于是，利用有限元模型的方法進行分析，

2、成為當前最可行的方法。 不同材料的選擇會對最終焊點的應(yīng)力集中、應(yīng)力應(yīng)變分布變化以及焊點的壽命產(chǎn)生直接的影響，然而目前國內(nèi)外對該方向還沒有研究。本文針對這一空白開展課題，研究了不同材料選擇下BGA(BallGridArray)焊點陣列的可靠性。 研究通過ANSYS軟件，采用統(tǒng)一粘塑性Anand本構(gòu)方程，首次建立了基于BGA焊點形態(tài)的三維焊點陣列可靠性分析有限元模型，進行了焊點力學(xué)性能分析，得出了交變熱循環(huán)作用下，不同基板材

3、料搭配組別Sn60Pb40釬料焊點在各個時刻的應(yīng)力應(yīng)變分布特點以及其隨熱循環(huán)溫度改變的變化規(guī)律。進一步根據(jù)最危險焊點最薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)變數(shù)據(jù)，采用修正的Coffin-Manson方程預(yù)測了不同基板材料搭配下焊點陣列的疲勞壽命。塑料封裝與FR4基板組合時焊點的壽命，是陶瓷封裝與FR4基板組合壽命的7倍。若Si芯片貼裝于FR4基板上，則其焊點壽命相當短。Si芯片貼裝于陶瓷基板可以很好的取代它，既可以提高組裝密度，焊點壽命也比前者提高了6倍。陶瓷封

4、裝對陶瓷基板搭配是其中可靠性最好的，它的焊點壽命最長。綜上所述，組裝上下基板材料的熱匹配性越好，焊點的熱循環(huán)壽命越高。 最后采用同樣的方法，對陶瓷封裝與FR4基板組合下無鉛釬料-Sn96.5Ag3.5焊點的熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變進行了仿真研究，并與同條件下的SnPb釬料-Sn60Pb40結(jié)果進行了對比，結(jié)果顯示無鉛釬料大大地提高了焊點的熱可靠性，熱疲勞壽命是同樣情況下SnPb釬料壽命的4倍以上。 所有這些研究為今后電子封裝不同適