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不同碰撞接触面对BGA锡铅焊点可靠性的影响研究

白创  
【摘要】:便携式电子产品在运输和使用过程中,经常遭受意外跌落,被硬物撞击等冲击行为的影响,引起内部焊点的失效。本文以BGA封装芯片为研究对象,分析BGA锡铅焊点在跌落条件下不同碰撞接触面对焊点的可靠性影响,展开一系列实验研究和理论分析,从而讨论不同接触面上BGA锡铅焊点的失效规律和失效机理,并引用工程领域广泛使用的比例风险模型-Cox比例风险模型,研究分析跌落条件下焊点的寿命和可靠度。主要研究过程与方法如下: 1、为满足JEDEC跌落的标准条件,进行高度调试与选取,并在跌落高度H=650mm处得到满足标准条件的加速度峰值1500g,脉冲时间0.5ms的半正弦脉冲曲线,对比多次曲线说明实验过程的重复性。 2、针对不同的固定边界条件,分析预紧力对PCB基板弯曲变形的影响,进一步分析对BGA组件可靠性的影响。结果表明,4螺栓边界下基板产生的微应变远远大于6螺栓边界条件,板宽微应变均值相差300με,板长微应变均值相差400με,跌落失效次数大约相差了2倍,可见不同边界条件对BGA组件可靠性影响明显。 3、跌落高度相同,分析BGA焊点受硬度不同的碰撞接触面影响的失效规律和失效机制,结合菊花链上动态电压与裂纹扩展的对应关系,发现裂纹在扩展过程中,均经历了裂纹增长-损伤累积-快速增长的历程;对比分析硬度不同的碰撞接触面引起焊点失效的形貌,得到低硬度(木质)接触面上焊点失效模式主要是焊盘断裂失效,高硬度(钢质和石质)接触面上焊点失效模式主要是焊球和焊盘间的金属间化合物疲劳失效,说明不同碰撞接触面引起焊点的失效模式不同。 4、基于统计分析方法,以硬度不同的碰撞接触面上得到的加速度g、基板应变幅值ε1和ε2为协变量,建立预测焊点寿命的Cox比例风险模型,结果表明,撞击产生的加速度峰值越大,焊点失效越快,可靠性越低,也就是说碰撞接触面硬度越高,BGA焊点越容易失效。


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