BGA封裝的可靠性模擬與研究.pdf

1、隨著時(shí)代的進(jìn)步,微電子產(chǎn)品向便攜化、小型化和高性能方向發(fā)展,BGA(Ball Grid Array)封裝已成為最先進(jìn)的封裝技術(shù)之一。然而,BGA封裝面臨的主要技術(shù)瓶頸在于電子產(chǎn)品的使用過(guò)程中,芯片會(huì)產(chǎn)生很多的熱量,使得封裝系統(tǒng)組件溫度升高;由于封裝材料的膨脹系數(shù)不同,溫差變化會(huì)使得封裝整體受到熱應(yīng)力沖擊。在封裝整體焊點(diǎn)的強(qiáng)度較低時(shí),不斷的熱應(yīng)力沖擊會(huì)使焊點(diǎn)產(chǎn)生裂紋,久而久之會(huì)導(dǎo)致封裝整體失效。
　　本文對(duì)簡(jiǎn)化的BGA封裝體結(jié)構(gòu)(主

2、要包括芯片、Sn-3.0Ag-0.7Cu焊球、銅焊盤(pán)以及基板等),運(yùn)用ANSYS14.5軟件,建立1/4封裝體模型,(并)利用有限元法對(duì)其無(wú)鉛焊點(diǎn)模擬,對(duì)焊點(diǎn)的熱應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析,為因溫度、熱應(yīng)力、疲勞等諸多問(wèn)題而導(dǎo)致BGA封裝體失效的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　對(duì)于熱應(yīng)力分析,在循環(huán)條件下,材料的膨脹系數(shù)不匹配,會(huì)導(dǎo)致BGA封裝整體尤其是焊球內(nèi)有大位移變化,并發(fā)生應(yīng)力應(yīng)變集中現(xiàn)象。查看不同的周期循環(huán)(5cycles、10cycle

3、s、20cycles)下的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)變形位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D以及最大應(yīng)力焊點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變變化不大。以5cycles為基準(zhǔn),根據(jù) C-M方程,在溫度循環(huán)條件下,95.5Sn-3.8Ag-0.7Cu無(wú)鉛焊球的最短熱疲勞壽命約為424cycles。隨著循環(huán)周期的增加,焊球內(nèi)部的 Von Mises應(yīng)力也在不斷增加。
　　電子封裝的可靠性涉及到很多方面的因數(shù),根據(jù)已往的研究且從無(wú)鉛釬料的力學(xué)性能和釬焊性能及焊點(diǎn)可靠性出發(fā),本文對(duì)材料和

4、部分工藝進(jìn)行驗(yàn)證。無(wú)鉛焊點(diǎn)是以 Sn為基體,加入Ag、Cu、Zn、Bi、In等元素形成的二元及多元合金。對(duì)比SnAg、SnAgCu兩種釬料,SnAg的壽命周期更長(zhǎng),SnAgCu的使用更為廣泛。焊點(diǎn)成分的變化體現(xiàn)出了不同性質(zhì),因此對(duì)于不同的工作環(huán)境焊料的選擇也會(huì)不同。對(duì)不同半徑的銅焊盤(pán)(0.20mm、0.23mm、0.26mm)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),在回流焊后保證焊點(diǎn)體積量不變下,新的焊球形狀會(huì)隨著焊盤(pán)大小發(fā)生不同的變化。對(duì)三種不同大小的焊盤(pán)