隨著電子設(shè)備不斷的向小型化、便攜化發(fā)展,電子產(chǎn)品殼體的尺寸和厚度不斷減小,使電子產(chǎn)品承受沖擊的能力變?nèi)�。在板級互連系統(tǒng)中,焊點(diǎn)是最容易受到載荷影響而損壞的部位,焊點(diǎn)失效是電子產(chǎn)品及設(shè)備無法正常工作的主要原因。在電子產(chǎn)品運(yùn)輸和使用過程中,板級互連焊點(diǎn)不僅會受到跌落沖擊載荷作用,還會受到熱-力耦合（溫度-跌落耦合）作用,這對板級互連系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。因此,本文采用有限元模擬的方法對板級跌落測試標(biāo)準(zhǔn)及板級互連系統(tǒng)在熱-力耦合作用下的可靠性進(jìn)行研究。跌落測試是檢驗(yàn)焊點(diǎn)可靠性的重要方法之一。本文對JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）在2003年發(fā)布的跌落測試標(biāo)準(zhǔn)Standard2003進(jìn)行了試驗(yàn),通過試驗(yàn)的應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證了跌落沖擊仿真模型。并使用ANSYS有限元軟件對JEDEC在2003年和2016年發(fā)布的兩種跌落測試標(biāo)準(zhǔn)Standard 2003和Standard 2016進(jìn)行了對比分析,結(jié)果顯示在焊點(diǎn)應(yīng)力上Standard 2003和Standard 2016基本一致,在固有頻率、振幅、應(yīng)變幅度、應(yīng)變速率及衰減速度上存... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

釬料應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,(d)SAC305Fig.1-1Stress–straincharacteristicsof(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,and(d)SAC305expressedincurvesofconstanttruestrainrate.

謁婊?穸?睪上潞傅愕氖倜?Ｐ汀?空軍工程大學(xué)的李劍鋒[15]等人研究了在隨機(jī)振動載荷下BGA焊點(diǎn)的失效模式，研究發(fā)現(xiàn)板級封裝焊點(diǎn)從內(nèi)至外的損傷程度呈遞減趨勢，芯片中間位置焊點(diǎn)的應(yīng)力較小，不容易損壞。芯片四角的焊點(diǎn)應(yīng)力較大，容易出現(xiàn)損傷而產(chǎn)生的裂紋，所以芯片四角的焊點(diǎn)為危險焊點(diǎn)。北京工業(yè)大學(xué)的TongAn[16]等人在單一的溫度循環(huán)、隨機(jī)振動加載條件以及溫度循環(huán)和振動同時加載，測試了PBGA組件焊點(diǎn)的可靠性，比較分析了單變量加載和組合加載條件下焊點(diǎn)疲勞壽命、焊點(diǎn)的失效模式以及失效焊點(diǎn)的典型位置，試驗(yàn)裝置如圖1-2所示。結(jié)果表明，無論是溫度循環(huán)加載還是室溫純振動加載，復(fù)合加載的焊點(diǎn)失效都要比純振動加載的焊點(diǎn)失效早得多。在溫度循環(huán)加載條件下，主要失效模式是體釬料內(nèi)部開裂，失效焊點(diǎn)出現(xiàn)局部裂紋和完全開裂。在隨機(jī)振動條件下，失效焊點(diǎn)僅出現(xiàn)完全裂紋，裂紋沿IMC金屬化合物層進(jìn)行擴(kuò)展。復(fù)合加載條件下的失效焊點(diǎn)會出現(xiàn)穿過IMC和體釬料的混合裂紋。在所有的測試中，失效焊點(diǎn)的大部分裂紋都位于元件側(cè)。對于溫度循環(huán)和振動載荷，印刷電路板的中心區(qū)域中的元件比其他部件具有更多的失效焊點(diǎn)，而對于復(fù)合加載，PCB板不同位置部件中的失效焊點(diǎn)的數(shù)量大致相同。圖1-2振動試驗(yàn)裝置圖Fig.1-2Vibrationtestdevice

BoZhang[27]等人研究了熱循環(huán)后進(jìn)行跌落沖擊試驗(yàn)焊料互連的失效機(jī)理，這種方式比單獨(dú)的熱循環(huán)試驗(yàn)或跌落沖擊試驗(yàn)更能合理的評價板級互連系統(tǒng)的可靠性，研究表明對于熱循環(huán)后跌落沖擊的試樣，焊料互連失效位置已經(jīng)從沿元件側(cè)金屬間化合物層和鎳層之間萌生和擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)檠谻u3Sn金屬間化合物萌生和擴(kuò)展，失效機(jī)理也由完全脆性裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)槠诹鸭y和脆性裂紋的混合裂紋。UniqueRahangdale[28]等人采用有限元模擬的方法對板級互連系統(tǒng)在熱-力耦合場下進(jìn)行研究，對在封裝芯片上通電及斷電兩種情況進(jìn)行對比分析，危險焊點(diǎn)應(yīng)力對比如圖1-3所示；當(dāng)封裝內(nèi)通電產(chǎn)生熱量時，應(yīng)力值更高。圖1-3中的藍(lán)色曲線是正常跌落試驗(yàn)時焊點(diǎn)上與時間相關(guān)的等效應(yīng)力值，隨著時間的增加，等效應(yīng)力值保持振動和穩(wěn)定。圖1-3通/斷電焊點(diǎn)等效應(yīng)力Fig.1-3Equivalentstressofon/offsolderjoint重慶大學(xué)的翟大軍[29]采用試驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法，研究電流密度對SAC305/Cu界面金屬間化合物在振動載荷下失效行為的影響，綜合分析施加電流后焊點(diǎn)的溫度場以及振動沖擊時焊點(diǎn)的應(yīng)力場，研究電載荷對焊點(diǎn)溫度場以及應(yīng)力場的影響，研究發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)溫度隨著電流密度的增加而增加，在相同的振動載荷下對焊點(diǎn)的失效影響增強(qiáng)，焊點(diǎn)壽命顯著降低。哈爾濱理工大學(xué)的焦鴻

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱循環(huán)條件下高密度互連點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變分析[J]. 朱紅瑜,尚拴軍,蘇鵬,韓詩男,趙亞濤.  焊接. 2018(10)
[2]隨機(jī)振動載荷下板級焊點(diǎn)失效模式分析[J]. 李劍峰,肖明清,董佳巖,盛增津,陳垚君.  微電子學(xué). 2018(04)

博士論文
[1]多場耦合下板級互連Sn-Ag-Cu/Cu焊點(diǎn)失效特征及機(jī)理[D]. 張洪武.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[2]跌落碰撞下SMT無鉛焊點(diǎn)可靠性理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 劉芳.上海交通大學(xué) 2008

碩士論文
[1]多物理場載荷下電子封裝板級焊點(diǎn)仿真研究[D]. 焦鴻浩.哈爾濱理工大學(xué) 2019
[2]BGA焊點(diǎn)的熱可靠性研究[D]. 朱玉丹.上海交通大學(xué) 2017
[3]球柵陣列焊點(diǎn)與Cu基板界面在熱/電/振動載荷下的失效機(jī)理[D]. 翟大軍.重慶大學(xué) 2014
[4]板級無鉛焊點(diǎn)跌落沖擊載荷下可靠性分析[D]. 周新.上海交通大學(xué) 2007



本文編號：3313631