BGA封裝結(jié)構(gòu)的熱失效分析.pdf

1、隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子封裝業(yè)得到了迅猛發(fā)展。近幾年，電子封裝業(yè)的重要性越來越突出，電子封裝已從早期為芯片提供機械支撐、保護和電熱連接的功能，逐漸融入到芯片制造技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)之中。因此，研究電子封裝結(jié)構(gòu)的熱失效問題顯得尤為重要。本文從BGA封裝結(jié)構(gòu)出發(fā)，對電子封裝結(jié)構(gòu)的熱失效問題利用Abaqus進行了有限元模擬，并且對熱循環(huán)、熱沖擊等情況進行了實驗?zāi)M，對電子封裝熱失效問題進行了驗證。
　　在二維模型中，建立了部分和完全兩種焊

2、點陣列形式，采用局部溫度加載方式針對模型中焊球?qū)雨P(guān)鍵位置的焊球進行了數(shù)值模擬分析，焊點的熱應(yīng)力，熱應(yīng)變的分析結(jié)果表明，距離芯片周界最新的焊球最先失效，隨后芯片中心的焊球隨即失效，與有關(guān)文獻中結(jié)論相一致。
　　隨后，三維模型建立時考慮基于芯片散熱功率的熱循環(huán)加載，熱循環(huán)等不同的加載方式進行了數(shù)值模擬分析。對加入熱載荷和冷卻時的應(yīng)力應(yīng)變進行了模擬及分析，根據(jù)模擬結(jié)果可以得出與二維模型中一致的結(jié)果，隨即對于加入熱載荷時不同時間點下焊球的

3、蠕變和應(yīng)變進行了模擬及分析，同時對比了焊球上的蠕變耗散能量隨著熱循環(huán)的累積過程和典型蠕變圖，發(fā)現(xiàn)模擬作出的蠕變累積過程圖符合典型蠕變圖，隨后基于應(yīng)變能密度估測了關(guān)鍵焊球的熱疲勞壽命。根據(jù)Coffin-Manson模型方程，最終得到熱疲勞失效循環(huán)周期。
　　之后進行了BGA封裝熱循環(huán)實驗，將BGA封裝芯片放入HL4500U高低溫試驗箱，控制溫度在一定的范圍內(nèi)，經(jīng)過一定周期的循環(huán)試驗后，觀察試件，最終得到實際的熱疲勞失效循環(huán)周期，與前