倒装芯片snagcu无铅焊料焊点的可靠性研究

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1、摘要倒装芯片(FC，FlipChip)技术是很有前途的组装技术，无铅化是电子产品的发展趋势，研究倒装芯片无铅焊料焊点的可靠性很有现实意义。本文采用有限元法，先后建立了FC组装的二维全局模型与单焊点三维模型，对倒装芯片SnAgCu焊料焊点在热循环条件下的应力应变进行了研究，然后建立了焊点的寿命预测方法。研究发现，FC组装SnAgCu焊料焊点阵列中，芯片角处焊点的应力应变最大。本文针对该焊点建立了单焊点三维有限元模型，利用热弹塑性蠕变模式描述了SnAgCu焊料焊点的力学行为，其中蠕变部分分别采用了两种本构方程(DoublePowerLaw方程和HyperbolicSine方程)

2、。在热循环过程中，蠕变应变在非弹性应变和总应变中处于主导地位，蠕变在升降温阶段变化显著，保温阶段的变化很小，无底充胶焊点的最大蠕变应变出现在焊点上界面的外缘角处，有底充胶时，在焊点上界面附近的球面上蠕变应变最大；焊点的高应力主要发生在低温阶段，高温阶段，焊点将发生显著的应力松驰，应力大幅减小。填充底充胶后，降低了焊点的应力应变水平，而且改变了焊点的应力应变分布，使得各焊点之间以及焊点内部的应力应变分布变得相对均匀。本文还建立了倒装芯片SnAgCu焊料焊点的寿命预测方法。根据DoublePowerLaw蠕变方程得出的预测寿命要比HyperbolicSine的稍大，但二者非常相

3、近。采用累积蠕变应变能量密度方法计算循环寿命时，预测值比较准确，而采用累积蠕变应变方法得出的预测寿命偏差较大。关键词FC组装；SnAgCu焊料焊点；有限元分析；蠕变：寿命预测AbstractFlipchip(FC)technologyisverypromising，andthelead．freeelectronicproductisthetrendofdevelopment，SOstudyonreliabilityoflead—fleesolderjointsofFChasactualvalues．Inthisthesis，atwo—dimensional(2D)globa

4、lmodelandathree。dimensional(3D)singlesolderjointmodelofaFCassemblyarebuilttodoresearchonstressandstrainofSnAgCusolderjointsunderthermalcyclingconditionsusingthefiniteelementmethod，andthenalifepredictionmethodofsolderjointsispresented．Itisdiscoveredintheresearchthatstressandstrainofthesolde

5、rjointinthecomerofthechiparethelargestinFCsolderjointarray．Thesolderjointisselectedasthetargetofthe3Dfiniteelementmodelofsinglesolderjoint．MechanicalbehavioroftheSnAgCusolderjointissimulatedusingelastic—plastic，creepmodel，andcreepstrainisdescribedbyDoublePowerLaw-equationandHyperbolicSinee

6、quation．Creepstrainisthemainpartofbothinelasticstrainandtotalstrainduringthermalcycling，anditchangesgreatlyintheramptimeandtitleinthedwellingtime．Thelargestcreepstraininthesolderjointwithoutunderfilltakesplaceattheoutsidecomeroftopinterfaceofthesolderjoint，whileitisthelargestonthespherenea

7、rthetopinterfaceofthesolderjointwithunderfill．Highstressinthesolderjointtakesplaceatthelowtemperature，andstressisreducedgreatlyatthehightemperaturebecausestressrelaxationtakesplaceinthesolderjoint．AftertheFCassemblyisunderfilled，stressandstrainofthesolderjoint