熱循環(huán)載荷下BGA復(fù)合焊點(diǎn)疲勞壽命的研究.pdf

1、有限元數(shù)值模擬(Finite Element Method, FEM)和加速熱循環(huán)試驗(yàn)(Accelerated Thermal Cycle, ATC)是預(yù)測球柵陣列(Ball Grid Array, BGA)封裝器件焊點(diǎn)在熱載荷作用下熱疲勞壽命的有效方法。本文采用FEM和ATC兩種方法，系統(tǒng)地研究了由10Sn90Pb和63Sn37Pb兩種釬料構(gòu)成的BGA復(fù)合焊點(diǎn)在熱循環(huán)載荷作用下的疲勞行為，預(yù)測了復(fù)合焊點(diǎn)的熱疲勞壽命，總結(jié)了失效位置分布

2、規(guī)律及趨勢，分析了影響焊點(diǎn)熱疲勞壽命的幾何因素和載荷因素。
　　首先，分析了63Sn37Pb釬焊10Sn90Pb及銅制焊盤的過程，給出了系統(tǒng)各能量的矢量形式，基于能量最小原理，采用Surface Evolver軟件計算了BGA封裝器件整體能量最小時，復(fù)合焊點(diǎn)的幾何形貌參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果，采用合理簡化，建立了有限元模型。
　　其次，推導(dǎo)了10Sn90Pb和63Sn37Pb兩種釬料 Anand本構(gòu)方程的九個參數(shù)，采用MSC.MA

3、RC自帶的表格擬合應(yīng)力與應(yīng)變率、溫度的曲面，將Anand方程引入有限元分析計算，并將0.5％的恒應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)比較，驗(yàn)證了Anand本構(gòu)方程描述錫鉛釬料力學(xué)性能的合理性。
　　再次，采用FEM計算了 BGA復(fù)合焊點(diǎn)在熱循環(huán)載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變特征，分析了焊點(diǎn)失效的危險區(qū)域，基于修正的C-M方程預(yù)測了各種參數(shù)的BGA復(fù)合焊點(diǎn)的熱疲勞壽命。研究表明：分布在外側(cè)的BGA復(fù)合焊點(diǎn)具有較高的應(yīng)力、應(yīng)變及累計能量密度，在熱循

4、環(huán)載荷下，通常最先失效；低溫共晶焊膏體積的多少決定了疲勞破壞的具體位置：當(dāng)?shù)蜏毓簿Ш父嗔枯^少時，破壞發(fā)生在焊膏與焊盤連接處，而且疲勞壽命非常低，當(dāng)?shù)蜏毓簿Ш父嗔枯^多時，破壞發(fā)生在焊膏與高鉛焊料球的連接處，但疲勞壽命較高；增加高鉛焊料球最大徑向尺寸 D、減小熱循環(huán)載荷的升降溫速率 v及熱循環(huán)載荷的高低溫保溫時間T，可以提高焊點(diǎn)的熱疲勞壽命。
　　最后，通過 ATC的正交試驗(yàn)和染色起拔試驗(yàn)分析了疲勞壽命影響因素和裂紋擴(kuò)展規(guī)律。研究表明