QFN焊点可靠性与服役寿命研究

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1、制造技术研究航天制造技术QFN焊点可靠性与服役寿命研究11122丁颖董芸松周岭杭春进飞景明（1.北京控制工程研究所，北京100190；2.哈尔滨工业大学，哈尔滨150001）摘要：以QFN封装1/4模型为研究对像，通过有限元分析及实验验证的方式，分析温度循环载荷下QFN器件焊点可靠性。有限元分析结果表明，QFN的使用寿命周期为525周，其焊点应力的最大值位于拐角处的焊点上表面处，且应力值变化具有周期性，因此该位置上的焊点更容易出现失效。实验证实，温循载荷导致失效焊点内形成贯穿性裂纹，未失效焊点形成

2、非贯穿性微小裂纹。失效焊点位置与有限元模拟结果吻合良好。关键词：QFN封装；可靠性；有限元分析；显微组织StudyonReliabilityandServiceLifeofQFN’sSolderJoint11122DingYingDongYunsongZhouLingHangChunjinFeiJingming(1.BeijingInstituteofControlEngineering,Beijing100190;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin15000

3、1)Abstract：QFNpackagepossessgoodelectricandthermolysisperformance.Nevertheless,itspackagefeaturesresultinit’sunabletoreleasethermalstress.Thispaperfound1/4ofQFNpackagemodel,analysisngQFN’sjointreliabilityintheprocessofthermalcyclingviafiniteelementana

4、lysisandexperimentalverification.TheresultofFEAindicatesthatQFNservicelifeis525cycles.Underthermalcyclingloading,themaximumstresshappenedontopsurfaceofjointswhichlocateinthecornerofchip,andstressiscycleintheprocessofthermalcycling,sothosejointsaremore

5、likelytobefailure.Runningthroughcrackhappenedinfailurejointwhichlocateinthecornerofchipduetothermalstressduringthermalcycleprocess,therearemanysmallcracksinotherjoints.Keywords：QFNpackage；reliability；FEA；microstructure1引言析了QFN焊点在热循环下的可靠性问题，并通过试验后的焊点显微

6、组织分析对模拟结果进行了验证，对作为典型的无引腿封装，QFN具有散热性能好，QFN的组装及适用性具有重要的指导意义。节省印制板空间等优点，在电子产品中广泛应用，尤[1]其适合对器件电和热性能要求较高的场合。但QFN2有限元参数选择及模型建立无引腿的特征，使其装配只能通过焊点与印制板连接，一方面无法通过引腿的形变吸收热失配所引起的2.1QFN封装模型应力，另一方面焊点被本体覆盖，给焊点的检测及可构建的QFN模型每边引脚数为11，使用靠性带来了挑战，在部分高可靠电子产品中QFN已Sn63Pb37焊膏，

7、采用陶瓷封装芯片，具体尺寸参数如被列为禁限用器件。本文利用ANSYS软件，模拟分表1所示。作者简介：丁颖（1978-），博士，电子封装专业；研究方向：电子装联工艺技术研究。收稿日期：2014-08-2649制造技术研究2014年10月第5期表1QFN模型尺寸参数热沉焊盘上侧厚度/mm0.02热沉焊盘下侧厚度/mm0.02四周引脚数目4×11陶瓷基板厚度/mm1引脚间距/mm0.5Si芯片厚度/mm0.25热沉厚度/mm0.55PCB外形尺寸/mm180×240×2陶瓷外形/mm29×29×1.32

8、.2模型简化e.焊料中忽略金属间化合物IMC等影响。封装结构的复杂性导致有限元中建立全部组成2.3单元的选取及材料参数部分的模型难度很大，简化为FR-4PCB板及上面铜建立各组成部分的三维实体模型中，由于钎料在焊盘，器件陶瓷基板、外壳以及Si芯片、器件与焊盘热循环和热循环过程中主要发生塑性应变和蠕变，所间焊点等几个部分，忽略空穴、微小裂纹等缺陷。计以选用粘塑性单元类型Visco107。印刷电路、Si芯片、算过程中考虑到计算机运算效率及求解过程的收敛基板、塑封料、铜焊盘等线性材料采用