循環(huán)剪切載荷下BGA板級結(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)板級結(jié)構(gòu)可靠性的重要性相當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焊點承擔著力學承載以及電信號連接的雙重作用。
　　利用有限元數(shù)值模擬軟件對Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料板級結(jié)構(gòu)模型施加剪切循環(huán)載荷，旨在研究焊點相關(guān)工藝參數(shù)如焊點數(shù)量，焊點直徑，焊點間距以及焊盤尺寸等對板級結(jié)構(gòu)剪切性能的影響機理和變化規(guī)律，結(jié)果表明：
　　首先，在循環(huán)剪切加載

2、的條件下，板級中最大應(yīng)力應(yīng)變點的位置位于第一焊點上，此現(xiàn)象并不隨著焊點數(shù)量的增加而改變。而BGA板級結(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。不斷增長的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變促使板級上板不斷發(fā)生翹曲變形，使得最大應(yīng)力峰值焊點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展。板級結(jié)構(gòu)隨著焊點數(shù)量的增加，增強了焊點間的相互作用，焊點內(nèi)的殘余應(yīng)力一直保持在一定數(shù)值范圍內(nèi)浮動，并有小幅的下降；而殘余等效應(yīng)變量隨著焊點數(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，當焊點間距增加時，板級內(nèi)焊點間的相互作用減弱，應(yīng)力主要由每個單個焊點承擔。板級結(jié)構(gòu)的循環(huán)剪切可靠性將隨著各焊點內(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；而當焊盤尺寸不斷擴大時，初始階段焊盤與體釬料間的作用不斷增強，從而焊點的循環(huán)剪切可靠性得以上升。當焊盤尺寸再不斷擴大后，IMC層的相對體積也不斷增大，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板級結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變也會隨之增加，對應(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。而隨著保載時間的增加，板級結(jié)構(gòu)中的等效應(yīng)力值并無明顯變化，而等效塑性應(yīng)變則會同比增加。板級等效塑性應(yīng)變的增幅先呈明顯的增長趨勢，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，板級內(nèi)部等效應(yīng)力峰值將無明