無(wú)鉛塑料球柵陣列封裝熱失效分析及可靠性研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)型SnPb焊料將會(huì)被綠色環(huán)保型無(wú)鉛焊料替代，無(wú)鉛器件熱分析和可靠性問(wèn)題已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外微電子封裝研究的熱點(diǎn)。溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)是研究電子器件實(shí)際服役條件下熱失效和可靠性的常用方法，有限元分析方法可以全面、方便地得到研究對(duì)象的應(yīng)力、應(yīng)變解，提高失效分析效率，降低設(shè)計(jì)成本。
　　 本文利用可程式高低溫實(shí)驗(yàn)箱，對(duì)無(wú)鉛塑封球柵陣列芯片進(jìn)行溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)，采用高倍顯微鏡觀察焊球形貌變化、基板裂紋生長(zhǎng)，分析芯片失效機(jī)制。采

2、用電學(xué)性能測(cè)試裝置測(cè)量無(wú)鉛芯片在溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)前后焊點(diǎn)間電阻值，分析電阻值的變化對(duì)芯片性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：芯片上焊球分布不均勻處焊球形貌變化和基板裂紋萌生的幾率大。溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有造成芯片電路斷路或短路，但會(huì)導(dǎo)致芯片上焊點(diǎn)間電阻不成比例增長(zhǎng)，使芯片電性能降低，電阻失配，可靠性降低。運(yùn)用ANSYS有限元軟件，對(duì)無(wú)鉛塑封球柵陣列器件進(jìn)行溫度循環(huán)載荷下熱應(yīng)力模擬。模擬結(jié)果表明，無(wú)鉛球柵陣列封裝器件上的應(yīng)變、應(yīng)力最大點(diǎn)均發(fā)生在焊球分布不均勻

3、處。焊球與芯片基板、PCB板連接處易產(chǎn)生熱疲勞，導(dǎo)致裂紋的萌生與生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致器件失效。焊球的均勻排布有助于提高器件的可靠性。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，證明有限元模擬方法的正確性與可行性。時(shí)間歷程后處理發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)間增加，器件危險(xiǎn)點(diǎn)的Y向應(yīng)力、塑性應(yīng)變、彈性應(yīng)變和總應(yīng)變均呈周期性變化，并在幾個(gè)溫度循環(huán)周期后達(dá)到穩(wěn)定。在器件結(jié)構(gòu)相同的情況下，無(wú)鉛器件所受應(yīng)力、應(yīng)變比有鉛器件大，大應(yīng)力和應(yīng)變可導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂、芯片基板裂紋萌生與生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致器件失