球栅阵列封装焊点的失效分析及热应力模拟

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1、摘要目前球栅阵列封装(BGA)正成为高端Ic封装的主流技术，通常BGA的失效大都是由于焊点失效所引起，因此焊点可靠性问题是发展BGA技术需解决的关键问题。本论文在对失效BGA焊点做了详细实验分析的基础上，采用ANSYS有限元软件，模拟分析了热载荷作用下CBGA焊点的三维应力应变行为。具体研究内容如下：1．本论文采用立体显微镜检查、X—raY检查、金相切片分析、SEM、EDX等方法详细分析了失效BGA焊点的微结构、裂纹情况、金属间化合物、及空洞对可靠性的影响。得出引起焊点失效的主要原因：一是工艺过程造成的焊点桥连、空洞、有机残留物、焊球熔融不够理想等因

2、素。二是裂纹，裂纹是焊点失效的最主要原因。裂纹产生的原因之一是材料间热膨胀系数不匹配；之二是金属间化台物的厚度、氧化等问题。因此我们要提高焊点可靠性，应从设计、工艺、材料三方面结合考虑。2．研究了在热载荷作用下CBGA封装的三维热应力应变分布，得出焊点应变较大的区域集中在焊球的上下两个表面，且从上到下的变化规律是先减小后增大，最大VonMises等效应力、应变在陶瓷芯片与焊料结合面的焊料边缘处，焊球阵列最边上焊点的最大位移、应力应变均最大，从外到内，逐渐减小。3．研究了影响焊点(鼓形、柱形)热应力应变分布的几个因素(半径、高度、间距)，为在实际焊接过

3、程中，对从焊点形态的角度控制焊点质量提供了理论依据。结论如下：半径较大或较小的鼓形焊点最大VonMises等效应变值较大，半径在0．5mm时，最大VonMises等效应变值最小；鼓形焊点高度增加，最大VonMises等效应变值增加；柱形焊点高度在0．8-I．2mm之间，焊点间距在1．5唧附近时，焊点的最大VonMises等效应变值最小。4．研究了两种典型无铅焊球(Sn95．5／A93．8／CuO．7，Sn96．5／A93．5)与含铅焊料(Sn／37Pb)的热应力应变分布，并对结果作了分析比较。得出Sn95．5／A93．8／CuO．7焊点的yonmis

4、es等效应力应变最大值小于Sn96．5／A93．5焊点与Sn／37Pb焊点，为电子焊料无铅化材料体系的选择提供了理论依据。关键词：BGA焊点失效分析热应力AbstractAtpresent,BGAisbecomingthemainstreamoftheadvancedICpackagetechnology．Itsdevelopmentisbaseduponthesolutionofthereliabilityofsolderball，whichisoneofthekeyproblems-Usuallytheinvalidityofsolderball

5、isthemainCaUSeoftheinvalidityofelectronicpackage·Buttheinvalidityanalysisofsolderballisshortofdetailedreport,atthe5⋯。time-itisprovedthatthermalfatigueisthemaincauseoftheinvalidityofthepackageThere触，itissignificanttoresearchthereliabilityofsolderballunderthethermaleyeleThispaper

6、showsthedetailedcausesofinvalidity,thelocationofinvalidityofcrack，andt11。e舭ctonitsreliabilityofvoidsandintermetalliccompounds．Onthebasisofinvalidityanalysisofsolderball，BGAissimulatedandanalyzedasimplementedintheANSYSfinite。l。“咖simulationsoftwaretooltodescribethestress／strainbe

7、haviorofBGAsolderjointunderthethermalloading·Withthechangeofsolderjointshapeincludingdrum，andcolulnn，theingredientofsolderjointunderthethermalloading，stress／straindistributionareinvestigated-Thispaperfmdsthebesttheradius，heightofdrumsolderjoint,andthebestheight,potspacingofcolu

8、mnsolderjointfortheleastequivalentVonMisessn-旭∞dtllebe