球栅阵列BGA封装焊球的力学可靠性分析及预测

摘要

随着微电子封装技术的不断发展，封装器件中的焊点节距也越来越小，对可靠性也提出了更高的要求，提高焊点的可靠性己成为发展新型BGA-CSP-PoP封装的关键问题之一。本文按照JEDEC标准对BGA-PCB板级跌落试验的要求，在不同加速度荷载水平下测试了有铅和无铅球栅阵列封装中焊点的疲劳寿命。利用电学测试、光学显微镜和扫描电子显微镜等手段定位了失效的焊点并分析了它们的失效模式。用荧光染色法对由外界力学冲击导致焊点内部裂纹的萌生和扩展行为进行了观察，并进一步评估了裂纹萌生和扩展的速率、规律和及其分布情况。采用了ANSYS有限元分析方法模拟了BGA-PCB组装件在跌落试验条件下的力学行为，得到了焊点中的应力、应变和界面的应变能密度平均值等力学量。最后，利用试验和模拟的结果重新计算了Darveaux模型中的参数，得到比较接近实际寿命的数值模型，这将对新型封装的可靠性设计具有重要的意义。

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第一章绪论

1.1前言

1.2微电子封装技术概况

1.3微电子封装的可靠性问题

1.4球栅阵列封装(BGA)及其可靠性

1.4无铅BGA焊点的力学可靠性试验

1.5本文的研究目的和主要研究内容

第二章BGA封装的力学可靠性跌落试验

2.1力学可靠性跌落试验的意义

2.2力学可靠性跌落试验的标准

2.3力学可靠性跌落试验的方案

2.4 BGA封装样品的制备

2.5跌落试验的实时监测

2.6 BGA焊点的失效分析方法

2.7 小结

第三章可靠性试验的结果及焊点失效分析

3.1水平跌落试验的条件设定

3.2焊点的裂纹扩展规律研究

第四章焊球裂纹扩展理论及扩展行为分析

4.1疲劳裂纹研究的起源和发展

4.2疲劳裂纹扩展速率理论

4.3疲劳裂纹扩展模型

4.4 BGA焊点内裂纹萌生及扩展途径

4.5焊球裂纹扩展的机制

4.6 BGA焊点裂纹造成的失效

第五章焊点的有限元应力应变分析与寿命预测

5.1焊点的有限元模型建立和加载

5.2焊点的应力分布结果及讨论

5.3焊球疲劳寿命预测模型

5.4寿命模型参数计算

第六章结论

参考文献

致谢