表面组装焊点的热力行为研究

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1、摘要本文采用粘塑性材料模式描述SnPb钎料的力学本构响应，研究钎焊焊点在热载荷作用下的应力应变行为。采用有限元方法研究了焊点形态(鼓形、凹形、柱形)在热载荷作用下对焊点应力应变的影响，以及焊盘面积大小、焊点间距和焊点的排列方式对焊点的应力应变的影响。研究发现，在热载荷作用下，鼓形、凹形及柱形钎料焊点的最大应力＼应变分布大致相同，均在钎料球的外边缘。本文把芯片、焊料球和基板作为一个整体模型分析时，发现最大VonMises等效应力在陶瓷芯片与焊料结合面中心的陶瓷芯片上，最大VonMises等效应变在焊料与基板结合面的焊料球的外侧。

2、而只对钎料焊球分析时，最大VonMises等效应力＼应变都在焊料与基板结合面的焊料外侧处。这说明钎料焊球在表面贴装的钎焊结构中受到的热应力＼应变不是最大，最大的热应力＼应变分别在芯片和基板上。在其他条件不变的情况下(如材料参数、载荷、焊点高度、焊盘面积)，本文只改变鼓形焊点的弧高时，结果发现，弧高越大，在热载荷作用下产生的最大VonMises等效应变越大。相同原理下，只改变凹形焊点的弧低，则有，在热载荷作用下其最大VonMises等效应交相互比较的结果是：凹低0．2>凹低0．4>凹低0．1。柱形焊点在工程生产中也占有一定的比例

3、，在只改变柱形焊点的柱高时，其他条件不变(如材料参数、载荷、焊盘面积)，在热载荷作用下，随着焊点柱高的增加，焊点的最大VonMises等效应变先是增加后来是减小。在研究焊盘面积对焊点的应变影响时，不变其他条件(如材料参数、载荷、焊点形态和焊点高度)，只改变焊盘的面积，研究发现的结论与只改变拄高的结论相同。在材料参数、焊点高度、焊盘面积和载荷相同的条件下，还比较了鼓形、柱形和凹形焊点三种形态的焊点中凹形焊点的最大VonMises等效应变最小。在研究焊点间距对焊点的应力应变影响时发现，焊点间距与最大应变成正态分布，即间距越小和间距

4、越大焊点的最大等效应变越小。现有焊点都以等间距矩形排列，本研究设计一种正六边形焊点排列方式，发现在不改变焊点间距的情况下，正六边形焊点排列方式的排列密度要比等间距矩北京工业大学工学硕士学位论文形排列方式的排列密度高，且在等载荷作用下，正六边形焊点排列方式的最大应力应变要小于等间距矩形焊点排列方式。关键词电子封装焊点；有限元分析；焊点形态；可靠性摘要ABSTRACTAnandviscoplasticconstitutivemodelisusedtodescribethebehaviorofeutecticBGAsolder(Pb

5、90Snl0)．Withthechangeofsolderjointshapeincludingdrum，concaveandcolumn,underthethermalloading，stress／straindistributionisstudiedinFEM．Andalsotherelationsofpadsize，spotspacinganddistributingpattemofthesolderjointtostress／straindistributionarcinvestigated．Theresearchfi

6、nds：1．Whatevershapesofsolderjoints，underthethermalloading，thedistributionofthelarg韶tequivalentVonMisess廿es“s廿ainareallapproximatelysanlewhichisinthebrimofsolderclosetothejointofsolderandPCB．Basedontheanalyzingthewholemodel．theresearch血dsthatthelargestequivalentYonMi

7、sesstressisinthecenterofsiliconwhichisthejointofsiliconandsolder,andthelargestequivalentVonMisess仕ainisdistributedaroundthebrimofsolderclosetothejointofsolderandPCB．Andforsolder,boththelargestequivalentVonMisesstressandstrainaredistributedtheouterofsolderclosetothej

8、ointofsolderandPCB．Thelowertheheightofareis，andthesmallerthedepthofarcis，thebetterreliabilityofsolderjointshas．2．Underthethermalloading，th