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《电子科技大学》 2005年
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球栅阵列封装焊点的失效分析及热应力模拟

顾永莲  
【摘要】:目前球栅阵列封装(BGA)正成为高端IC 封装的主流技术,通常BGA 的失效大都是由于焊点失效所引起,因此焊点可靠性问题是发展BGA 技术需解决的关键问题。 本论文在对失效BGA 焊点做了详细实验分析的基础上,采用ANSYS 有限元软件,模拟分析了热载荷作用下CBGA 焊点的三维应力应变行为。具体研究内容如下: 1. 本论文采用立体显微镜检查、x-ray 检查、金相切片分析、SEM、EDX 等方法详细分析了失效BGA 焊点的微结构、裂纹情况、金属间化合物、及空洞对可靠性的影响。得出引起焊点失效的主要原因:一是工艺过程造成的焊点桥连、空洞、有机残留物、焊球熔融不够理想等因素。二是裂纹,裂纹是焊点失效的最主要原因。裂纹产生的原因之一是材料间热膨胀系数不匹配;之二是金属间化合物的厚度、氧化等问题。因此我们要提高焊点可靠性,应从设计、工艺、材料三方面结合考虑。 2. 研究了在热载荷作用下CBGA 封装的三维热应力应变分布,得出焊点应变较大的区域集中在焊球的上下两个表面,且从上到下的变化规律是先减小后增大,最大Von Mises 等效应力、应变在陶瓷芯片与焊料结合面的焊料边缘处,焊球阵列最边上焊点的最大位移、应力应变均最大,从外到内,逐渐减小。 3. 研究了影响焊点(鼓形、柱形)热应力应变分布的几个因素(半径、高度、间距),为在实际焊接过程中,对从焊点形态的角度控制焊点质量提供了理论依据。结论如下:半径较大或较小的鼓形焊点最大Von Mises 等效应变值较大,半径在0.5mm 时,最大Von Mises 等效应变值最小;鼓形焊点高度增加,最大Von Mises 等效应变值增加;柱形焊点高度在0.8-1.2mm 之间,焊点间距在1.5mm 附近时,焊点的最大Von Mises 等效应变值最小。 4. 研究了两种典型无铅焊球(Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7,Sn96.5/Ag3.5)与含铅焊料(Sn/37Pb)的热应力应变分布,并对结果作了分析比较。得出Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7 焊点的von mises 等效应力应变最大值小于Sn96.5/Ag3.5 焊点与Sn/37Pb 焊点,为电子焊料无铅化材料体系的选择提供了理论依据。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG407

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【引证文献】
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5 王致钊;柴油机气门失效分析及改进策略[D];天津大学;2005年
6 薛国峰;结构可靠性和概率失效分析数值模拟方法[D];哈尔滨工业大学;2010年
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8 徐巍;铁路提速货车转向架交叉支撑装置失效分析研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
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10 章鸣;纳米探针在超大规模集成电路可靠性和失效分析中的应用[D];复旦大学;2009年
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