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BGA封装的动态弯曲实验研究及其数值模拟

龙琳  
【摘要】:在跌落冲击作用下,电子产品内部印刷电路板(PCB)受到瞬态冲击时,会造成PCB板的瞬态弯曲运动。而PCB板的瞬态弯曲将会同时引起球栅阵列(BGA)封装焊球处以及其他部分的瞬态应力,使得焊点失效。尽管影响封装性能的因素多种多样,但焊球通常被认作是最脆弱的部位,研究其在跌落冲击过程中的行为是电子产品力学可靠性研究中的重要内容。 JEDEC板级跌落实验是一种测试在JEDEC标准下封装跌落冲击可靠性能的有效方法。然而,这种方法的成本高,需要较长时间来完成,并且使设计流程延长。本文基于4点动态弯曲实验和FEA有限元建模的各种优点,对板级BGA封装进行了4点动态弯曲实验,采用了有限元模型模拟了板级封装的四点动态弯曲试验。通过四点动态弯曲实验与JEDEC板级跌落测试实验结论的对比,以及有限元数值模拟方法结论与实验结论的对比,探索了四点动态弯曲实验和有限元数值模拟方法代替JEDEC标准跌落实验的可能性。 四点动态弯曲实验及其有限元数值模拟的结果表明,随着钢球跌落高度增加,PCB板应变增大。且随着跌落高度的增加,PCB板中心处的挠度也增大。在实验中采用应变-寿命途径和广泛使用的Weibull分布计算了应变与焊点的失效率关系,得到了Weibull分布概率密度表达式和失效率表达式的解析式。根据失效率曲线,得出当应变为0.0127185时,焊点失效率为50%;统计平均焊点失效所对应的应变为0.0125368。在焊点的失效率为0.606%的条件下,当PCB板表面的最小应变值达到6252.84×10-6时,出现第一个失效焊点。失效分析结果表明,表面焊锡接点断裂失效位置多处于封装的远角,且处于靠近PCB板一侧。 针对四点动态弯曲实验的结论,用JEDEC标准跌落实验做了对比。JEDEC标准跌落实验及其有限元数值模拟的研究结果表明,JEDEC标准跌落实验从失效模式和失效位置上与四点动态弯曲实验基本一致,说明了采用应变-寿命方法利用四点动态弯曲实验来代替JEDEC标准跌落实验进行可靠性研究的可能性。最后详细地说明了四点动态弯曲实验替代JEDEC标准跌落实验的具体方法和实验步骤。


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