PBGA無鉛焊點(diǎn)可靠性的有限元模擬與壽命預(yù)測.pdf

1、隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子封裝作為一門獨(dú)立的新型高技術(shù)行業(yè)已經(jīng)迅速成長起來。表面貼裝技術(shù)(Surface Mount Technology，簡稱；SMT)作為電子封裝的一項(xiàng)技術(shù)突破，被譽(yù)為“電子封裝技術(shù)革命”，它具有諸多優(yōu)越性，但也存在著致命的弱點(diǎn)——焊點(diǎn)壽命有限、可靠性較差。 焊點(diǎn)的可靠性問題是電子封裝技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的重要課題，是決定電子產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)展的基本問題。實(shí)踐證明，熱作用是封裝組件失效破壞的主導(dǎo)因素，因此對熱循環(huán)條件下

2、的焊點(diǎn)可靠性進(jìn)行研究有著非常重要的意義。然而由于焊點(diǎn)尺寸細(xì)小，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段無法在熱疲勞試驗(yàn)的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測焊點(diǎn)的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變。于是，利用有限元模型的方法進(jìn)行分析，成為當(dāng)前最可行的方法。 近年來伴隨著電子工業(yè)的發(fā)展，所帶來的鉛污染環(huán)境問題也日益突出，世界范圍內(nèi)禁止使用鉛及其化合物的呼聲也越來越高，發(fā)展無鉛電子組裝已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的世界范圍內(nèi)的趨勢。 本課題選擇了無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu作為PBGA焊點(diǎn)材料，利用A

3、NSYS有限元軟件建立了PBGA的三維條形模型；并基于統(tǒng)一型粘塑性Anand本構(gòu)方程，進(jìn)行-40℃～125℃熱循環(huán)模擬。實(shí)現(xiàn)了在三維模型基礎(chǔ)上的焊點(diǎn)力學(xué)性能分析，確定了PBGA中最危險(xiǎn)的焊點(diǎn)部位以及該焊點(diǎn)中最危險(xiǎn)區(qū)域，得出了在交變熱循環(huán)作用下，無鉛釬料Sn3.5Ag0.75Cu焊點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變分布特點(diǎn)以及其隨熱循環(huán)溫度改變的變化規(guī)律。即在熱循環(huán)至-40℃時(shí),由于降溫過程的熱膨脹失配，以及焊料在低溫時(shí)相對較高的彈性模量，使得焊點(diǎn)的

4、應(yīng)力水平較高，且在焊點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的粘塑性變形較大，從而使應(yīng)變值也較高。當(dāng)在-40℃保溫結(jié)束時(shí)，焊點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變水平略有降低，這可歸因于保溫階段的粘塑性變形，使應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生了松弛。當(dāng)熱循環(huán)至+125℃時(shí)，由于Sn-Ag-Cu釬料較低的彈性模量以及高溫時(shí)較顯著的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，使得焊點(diǎn)的應(yīng)力水平相對低溫階段而言很低，且焊點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的粘塑性應(yīng)變也較小。同樣，在+125℃保溫結(jié)束時(shí)，焊點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變水平因粘塑性變形而產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，從而使其數(shù)值有所下降。