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《钎料球激光重熔温度场数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第22卷第2期焊接学报Vol.22No.22001年4月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONApril2001钎料球激光重熔温度场数值模拟田艳红,王春青(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001)摘要:对PBGA封装制造时钎料球的激光重熔过程中的温度场分布进行了数值模拟,考察了多点和扫描两种激光加热方式对温度场的影响。计算结果表明,与红外、热风等传统重熔方法相比,激光重熔具有加热时间短、封装内部温升低的特点,不会对内部芯片及连接造成损害。同时,本文还对PBGA钎料球激光重熔进行了试验研究。试验结果表明,在合适的规范下,重熔后
2、形成的钎料凸点表面质量也优于前者。关键词:PBGA封装;激光重熔;钎料球;钎料凸点中图分类号:TG402文献标识码:A文章编号:0253-360X(2001)02-75-04田艳红0序言过程对封装的影响,为相关设备研制和工艺技术的制定奠定基础,本文对塑料球栅阵列PBGA钎料球塑料球栅阵列(PBGA-PlasticBallGridArray)激光重熔过程中温度场分布进行了数值模拟,计算封装是BGA的形式之一,其基板(Substrate)采用采用MSC.MARC/MENTAT软件。为了验证数值BT树脂或聚酰亚氨(PI),钎料球(Solderball)组成模拟的结果,本文对PBGA钎料球激光重熔进
3、行了为共晶钎料63Sn/37Pb或62Sn/36Pb/2Ag,目前钎试验研究。料球直径分为0.76mm、0.5mm和0.3mm几种,间距一般为1.5mm、1.27mm和1mm。图1为PBGA封装结构示意图。封装时首先采用导电的芯片粘接剂将Si芯片与BT树脂基板粘接起来。为了保护芯片不受损坏,采用模压化合物对芯片进行密封,最后将共晶钎料球与基板上的Cu焊盘图1PBGA封装器件截面图(Pad)连接起来形成钎料凸点(Solderbump),这些Fig.1CrosssectionofPBGApackage以阵列方式排列的钎料凸点即为PBGA封装器件的I/O引脚。1激光重熔有限元分析模型将共晶钎料球加
4、热熔化并与基板焊盘连接起来形成钎料凸点的过程称为重熔(Reflow),目前PB-1.1几何模型GA钎料球重熔多采用热风、红外等加热方法。热为简化问题的求解,本文忽略了焊盘、芯片粘接风和红外等重熔方法工艺较为成熟,但却存在着加剂的影响,并假设各部位间结合良好。模型包括热时间长、钎料球易偏离焊盘以及表面易氧化等缺63Sn/37Pb共晶钎料球、BT树脂基板、芯片及模压点。由于激光具有能量密度高、加热速度快以及可化合物等部分,图2为PBGA封装结构几何模型。进行局部加热的优点,因此尝试采用激光对钎料球其中钎料球直径为0.76mm;间距为1.27mm;进行重熔受到了电子行业制造厂家的重视。所谓激BT基
5、板厚度为0.5mm;芯片尺寸为2mm×2mm光重熔包括钎料小球熔化、与基板上焊盘相互作用、×0.5mm;模压化合物的高度为0.8mm。为了使凝固并形成连接的过程。钎料球重熔过程中既要使内部芯片清晰可见,将部分单元进行了透视处理,见钎料球完全重熔与焊盘实现良好结合,又要防止基图2b。由于四面体网格对复杂形状有较好的适应板表面和芯片内部温度过高而造成封装器件损坏,性,并且四面体等参元在处理非线性问题时具有较因此钎料球激光重熔过程中温度场控制极为重快的收敛性。基于这种考虑对PBGA器件进行了[1]要。为了详细了解激光重熔过程的机理和重熔四面体网格划分,网格部分如图2所示,该模型共有收稿日期:200
6、0-09-113209个节点,13689个单元。76焊接学报第22卷Tλ=-(hc+hr)(T-T0)+q(x,y),(3)z封装体其它表面Tλ=-(hc+hr)(T-T0),(4)nT式中:为温度沿封装体外法线的变化率;hc为n对流换热系数;hr为辐射换热系数;T0为环境温度。1.4材料热物理性能假定材料热物理性能与温度无关,封装体的初始温度为20℃,各种材料的热物理性能见表1。表1各种材料的热物理性能Table1PhysicalpropertiesofmaterialsDensityKCpMaterialsρ/(kg·m-3)/(W·m-1·℃-1)/(J·kg-1·℃-1)Solder
7、ball842050176BTsubstrate18000.31570Sichip2330150699Mounding1820651200compound1.5激光加热方式图2PBGA有限元模型为优化激光重熔工艺参数,寻找最佳的激光加Fig.2FiniteelementmodelofthePBGA热方式从而提高封装效率,本文对两种激光加热方式进行了模拟。一种为激光同时对所有钎料球进行1.2数学模型加热;另一种
