BGA焊点的有限元模拟仿真分析

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1、万方数据BGA焊点的有限元模拟仿真分析FiniteElementSimulationAnalysisofBGASolderJoints，王艳良。2，邱宝军2(1．广东工业大学材料与能源学院，广东广州510075；2．电子元器件可靠性物理及应用技术国家级重点实验室，广东广州510610)WangYan-lian91’2,QiuBao-jun2(1SchoolofMaterialandEnergy，GuangdongUniversityofTechnology，GuangdongGuangzhou510075；2．StateKeylaboratoryforElectronic：Com

2、ponentsReliabilityPhysicsandAp—plication，CEPREI，Gum。19dongGuangzhou510610)摘要：首先建立了BGA单个焊点的模型，然后对其加载温度循环载荷、设定边界条件，并利用有限元分析工具ANSYS进行计算，得出了应力应变的分谁云图，根据计算后从各关键部位提取的应力应变随时间的变化关系对焊点可能发生失效的位置进行了讨论，研究结果对焊点的可靠性评估有一定的指导意义。关键词t焊点；有限元；温度载荷；云图；／E力应变中图分类号：TP202+．1文献标识码：B文章编号：1003—0107(2009)01-0024-05^h帅畦：T

3、hispaperfirstlyestablishesfiniteelementmodelofBGAassemblysingleSolderJointthenloadstemperaturecycleloadanddefinesthebordercondition，finallyanalysisestheprobablefailurepositionastotheresultsfromANSYScomputingTheresultofstudyisguidableforsolderjointsreliabilityevaluationK吖words：solderjoints；fin

4、iteelement；temperatureload；CORtourplot；stress—strainCLCnum岫．TP202+1Doe．unmntcode：BArlEedeID：1003—0107(2009)01—0024—051引言焊点作为表面贴装芯片与PCB(PrintedCircuitBoard)基板之间的连接，主要承担着传递电信号、提供散热途径、结构保护与支撑等作用。因此焊点的可靠性直接影响到芯片功能的实现。在热循环过程中，焊点受到芯片端和PCB端各组件热膨胀效应的影响，局部位置会产生大的应力应变，过度疲劳后甚至会发生断裂，导致焊点失效。利用有限元分析二【：具对焊点

5、进行建模仿真，得出应力应变随时间变化的曲线图，可以对焊点在热循环过程中可能发生失效的部位进行预测，同时结合封装组件的材料特性和几何参数特征研究，从而指导焊点的可靠性设计。这种方法是现代微电子封装领域内常使用的手段，它可以对焊点的疲劳失效作出前瞻性地预测。2有限元模型的建立BGA单个焊点模型各部分组件的几何尺寸和材料参数列于表l。其中，焊点材料为63Sn一37Pb，它在热循环的过程中体现出粘塑性性质，本构方程选用Anand模型方程，其9个参数列于表2it】。除焊点外的芯片基板、Cu焊盘、PCB基板认为其材料性能为线弹性且各向同性。表1几何尺寸和材料参数绿色质量工程ji簧瀵t；i曩※

6、，藏弼哭藏一。”i鏊嚣蓬嚣．ij褥赛§溅j灞囊雾∥。瀚鹈涨蘩数i”零器⋯絮窕※鬻釜蒸麓嘲i譬黛■。毫ji{CTE鬻睡绛ji凌：+。冀。誊《蚤瓣}+畿鬟；⋯_mm}i{i¨。；iV秘黪戮℃}番黪鬻攀1_27×1．27×O．36BT190_2215．7㈡攥麟豢直径068，高度0．025Cu1210．3417i，攀瀛i!“、直径0．75，高度0．763Sn一37Pb50O．3521p锵i警瓤1．27×1．27×1．58FR418O．2518表263Sn一37Pb的Anand模型的参数Q参数So————A毛mho§naR单位MpaK1／sMpa56．310831．490．3080．40．

7、02数值1126401．3430E731531建立的模型如图1所示，为了简化实体模型，忽略了粘结剂的影响。认为各组件工艺质量良好无缺陷，焊点在整个分析过程中承受均匀的温度载荷，并对组件的初始状态做理想处理(无应力状态)。2009第1期囝万方数据D可靠性分析c量ll曼!!里垒!!!!y叁翌璺!y曼!曼图1BGA单个焊点的模型图3边界条件和温度载荷边界条件：因为BGA焊点形式为阵列排布，所以对单个焊点进行分析时，仅在PCB底面加载约束即可，即认为PCB底面是固定不动鲋“。加载载荷：所