循環(huán)剪切載荷下BGA板級(jí)結(jié)構(gòu)剪切性能的研究.pdf

1、在電子產(chǎn)品中，BGA(Ball-Grid-Array球柵陣列)板級(jí)結(jié)構(gòu)可靠性的重要性相當(dāng)于高樓大廈的地基一般。在大部分存在微電子封裝的產(chǎn)品中，BGA焊點(diǎn)承擔(dān)著力學(xué)承載以及電信號(hào)連接的雙重作用。
　　利用有限元數(shù)值模擬軟件對(duì)Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料板級(jí)結(jié)構(gòu)模型施加剪切循環(huán)載荷，旨在研究焊點(diǎn)相關(guān)工藝參數(shù)如焊點(diǎn)數(shù)量，焊點(diǎn)直徑，焊點(diǎn)間距以及焊盤尺寸等對(duì)板級(jí)結(jié)構(gòu)剪切性能的影響機(jī)理和變化規(guī)律，結(jié)果表明：
　　首先，在循環(huán)剪切加載

2、的條件下，板級(jí)中最大應(yīng)力應(yīng)變點(diǎn)的位置位于第一焊點(diǎn)上，此現(xiàn)象并不隨著焊點(diǎn)數(shù)量的增加而改變。而BGA板級(jí)結(jié)構(gòu)中發(fā)生剪切失效的位置并不在最大應(yīng)力應(yīng)變點(diǎn)。不斷增長(zhǎng)的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變促使板級(jí)上板不斷發(fā)生翹曲變形，使得最大應(yīng)力峰值焊點(diǎn)處受拉載荷部位所受拉應(yīng)力載荷也不斷地增加，使得裂紋在此處萌生和擴(kuò)展。板級(jí)結(jié)構(gòu)隨著焊點(diǎn)數(shù)量的增加，增強(qiáng)了焊點(diǎn)間的相互作用，焊點(diǎn)內(nèi)的殘余應(yīng)力一直保持在一定數(shù)值范圍內(nèi)浮動(dòng)，并有小幅的下降；而殘余等效應(yīng)變量隨著焊點(diǎn)數(shù)量的小幅增加

3、，出現(xiàn)了明顯的降幅，也就是說相應(yīng)的板級(jí)循環(huán)剪切可靠性有所提高。
　　其次，在循環(huán)加載的條件下，當(dāng)焊點(diǎn)間距增加時(shí)，板級(jí)內(nèi)焊點(diǎn)間的相互作用減弱，應(yīng)力主要由每個(gè)單個(gè)焊點(diǎn)承擔(dān)。板級(jí)結(jié)構(gòu)的循環(huán)剪切可靠性將隨著各焊點(diǎn)內(nèi)等效應(yīng)力以及等效應(yīng)變的不斷集中而相應(yīng)的降低；而當(dāng)焊盤尺寸不斷擴(kuò)大時(shí)，初始階段焊盤與體釬料間的作用不斷增強(qiáng)，從而焊點(diǎn)的循環(huán)剪切可靠性得以上升。當(dāng)焊盤尺寸再不斷擴(kuò)大后，IMC層的相對(duì)體積也不斷增大，從而由于線膨脹系數(shù)不同而在界面處產(chǎn)

4、生的應(yīng)力應(yīng)變集中和累積的速度以及總量不斷增大，即可靠性相應(yīng)的有所降低。
　　第三，隨著峰值載荷的增加，BGA板級(jí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變也會(huì)隨之增加，對(duì)應(yīng)的遲滯回環(huán)的面積在逐漸增大，累積塑性變形能就越大。而隨著保載時(shí)間的增加，板級(jí)結(jié)構(gòu)中的等效應(yīng)力值并無明顯變化，而等效塑性應(yīng)變則會(huì)同比增加。板級(jí)等效塑性應(yīng)變的增幅先呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而后逐漸趨于平緩并且最終等效應(yīng)變量將趨近一固定值。隨著循環(huán)剪切載荷中循環(huán)次數(shù)的增加，板級(jí)內(nèi)部等效應(yīng)力峰值將無明