無鉛焊點壽命預(yù)測及IMC對可靠性影響的研究.pdf

1、目前，球柵陣列封裝(BGA)技術(shù)正廣泛應(yīng)用于微電子封裝領(lǐng)域，表面組裝技術(shù)(SMT)也逐漸進(jìn)入BGA組裝時代。組裝焊點的失效是BGA封裝器件的失效的主要原因，伴隨著人們環(huán)保意識的提高，無鉛化是微電子封裝業(yè)的發(fā)展趨勢，在服役過程中無鉛焊點的可靠性是已學(xué)者研究的熱點。SnAgCu無鉛釬料被認(rèn)為是最有可能取代傳統(tǒng)的SnPb釬料作為表面組裝焊點的材料，但是高Sn含量的SnAgCu釬料必然會導(dǎo)致與Cu焊盤界面金屬間化合物(IMC)生長過快的問題，過

2、厚的IMC將會導(dǎo)致焊點界面的弱化甚至開裂。因此，研究BGA組裝無鉛焊點可靠性及IMC對其可靠性的影響具有重要的理論意義。 本文采用統(tǒng)一型粘塑性Anand，本構(gòu)方程描述材料為Sn3.8Ag0.7Cu和 Sn37Pb 焊點在熱循環(huán)條件下粘塑性行為。采用有限元數(shù)值模擬方法，針對PBGA封裝器件，建立了1/8三維有限元模型，分析焊點陣列的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，確定了易發(fā)生疲勞失效關(guān)鍵焊點的位置。分析了 同年05.93Sn3.8Ag0.7Cu

3、關(guān)鍵焊點的失效機(jī)制。分別采用基于塑性應(yīng)變的Coffin-Manson 模型和基于能量的Morrow方程對兩種釬料的關(guān)鍵焊點進(jìn)行熱疲勞壽命預(yù)測，通過計算比較Sn3.8Ag0.7Cu 關(guān)鍵焊點的疲勞壽命是Sn37Pb 的 3～4 倍，表明 Sn3.8Ag0.7Cu釬料具有較好抗熱疲勞性能。 通過對Sn3.8Ag0.7Cu 與 Cu 焊盤回流焊接后和老化條件下的界面反應(yīng)進(jìn)行研究，回流焊接后，其界面處的IMC層為Cu<,6>Sn<,5>

4、，無Cu<,3>Sn金屬間化合物出現(xiàn)，經(jīng)過125℃，100h的老化試驗之后，在靠近Cu焊盤一側(cè)發(fā)現(xiàn)了薄薄的一層Cu<,3>Sn。對IMC層厚度的測量結(jié)果可知，厚度與時間的平方根之間呈近似的線性關(guān)系，較好的符合了Fick擴(kuò)散定律。 通過對關(guān)鍵焊點界面處的IMC層進(jìn)行合理的簡化，進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明，當(dāng)界面IMC層厚度增加時，IMC層內(nèi)的等效應(yīng)力增加；與此相反，釬料內(nèi)部的應(yīng)力變化不大，但粘塑性應(yīng)變量和塑性功累積量動態(tài)增加且增加