基于ANSYS的電磁感應(yīng)加熱重熔BGA凸臺(tái)發(fā)熱機(jī)理研究.pdf

1、電子封裝互連焊點(diǎn)的軟釬焊重熔方法是球柵陣列封裝(BGA,ball grid array)、芯片尺寸級(jí)封裝(CSP,chip scale packaging)及倒裝芯片封裝(FC,flip chip)等面陣封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的整體加熱方法通常會(huì)使得芯片和樹(shù)脂基板受到較大的熱作用，容易引起器件和線路板大的變形，導(dǎo)致互連焊點(diǎn)失效以及后期服役過(guò)程中可靠性差。而具有更高熔點(diǎn)的無(wú)鉛釬料在電子制造中的應(yīng)用更加劇了上述可靠性問(wèn)題的影響。電磁感應(yīng)加

2、熱重熔方法因其具有三維選擇性快速加熱等特點(diǎn)，能夠較好的解決上述整體加熱帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。
　　本課題研究的目的在于使用數(shù)值模擬的方法分析電磁感應(yīng)重熔過(guò)程中的釬料凸臺(tái)溫度場(chǎng)變化特點(diǎn)和熔化機(jī)理，研究了凸臺(tái)溫度場(chǎng)的各種影響因子，為感應(yīng)加熱重熔方法的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　本課題通過(guò)分析感應(yīng)加熱重熔方法的加熱原理和技術(shù)特點(diǎn)，建立了合理的釬料凸臺(tái)電磁感應(yīng)重熔的有限元模型，并在模型中考慮了釬劑對(duì)溫度場(chǎng)影響的特殊性。實(shí)際模擬了單個(gè)釬料

3、球、焊盤(pán)和釬料凸臺(tái)在感應(yīng)加熱過(guò)程中的溫度場(chǎng)變化情況，并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，研究了釬料凸臺(tái)的形成過(guò)程中釬料球的熔化過(guò)程及熔化機(jī)理。文中還進(jìn)一步分析了感應(yīng)加熱頻率、線圈電流、焊盤(pán)材料和厚度以及釬料球與焊盤(pán)表面散熱情況對(duì)釬料球溫度場(chǎng)的影響。
　　研究表明，對(duì)單個(gè)釬料球加熱時(shí)，由于釬劑的汽化從釬料球表面帶走大量的熱量，使得釬料球在未到達(dá)熔點(diǎn)之前就出現(xiàn)了熱平衡現(xiàn)象，繼續(xù)加熱時(shí)溫度不再升高。在釬料凸臺(tái)的各個(gè)發(fā)熱部件中，Cu焊盤(pán)的單位體積產(chǎn)熱最多，

4、溫度最高。當(dāng)釬料球自身產(chǎn)熱和散熱平衡后，Cu焊盤(pán)通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式對(duì)底部的釬料加熱，使得釬料球溫度場(chǎng)出現(xiàn)底部溫度高、頂部溫度低的分布特點(diǎn)。模擬分析了在一定的工藝條件下，可以獲得釬料凸臺(tái)底部溫度超過(guò)熔點(diǎn)、頂部溫度低于熔點(diǎn)的溫度場(chǎng)，很好的解釋了實(shí)驗(yàn)所得到的局部重熔現(xiàn)象，即釬料球的底部為熔化的共晶組織、頂部為未經(jīng)熔化的原始晶粒組織的金相組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)模擬結(jié)果表明，增加Cu焊盤(pán)厚度的同時(shí)增強(qiáng)釬料凸臺(tái)表面散熱可以得到更加明顯的局部重熔現(xiàn)象，使得底部