本文關(guān)鍵詞：BGA無鉛焊點熱可靠性有限元仿真研究

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【摘要】：當前關(guān)于電子行業(yè)封裝技術(shù)發(fā)展的很迅速,小巧、輕便又薄是該技術(shù)的主要發(fā)展方向,焊點自身的可靠性高低也一直是該科研領(lǐng)域的熱點問題。有鉛焊料對人類身體及環(huán)境的危害,加上在綠色環(huán)保的要求情況下,故電子封裝應運中的無鉛焊料逐漸代替了有鉛焊料。焊點的大小對其使用性能也具有密切聯(lián)系。該論文通過分析無鉛焊點不同直徑、高度和不同焊料成分來研究焊點的熱可靠性。BGA技術(shù)已經(jīng)逐漸成為高端IC封裝的主要形式,然而目前對其無鉛焊點疲勞斷裂的科研還不足夠,因此球柵陣列無鉛焊點關(guān)于其可靠性的高低具有重大的科研價值。對于無鉛焊點本文主要通過有限元知識進行熱模擬,進而來對其可靠性情況合理分析。Sn3.0Ag0.5Cu焊料自身具有良好特性,故本文選取了焊球Sn3.0Ag0.5Cu在熱循環(huán)下進行熱加載,采用傳熱學常用工具ANSYS Workbench對PBGA組件進行熱求解。先考慮焊點直徑的影響,保持焊點高度不變,邊界條件和熱加載也不變,改變焊點直徑進行求解,在對危險無鉛焊點的應變對比和分析,預測不同直徑危險焊點的熱疲勞壽命。在考慮焊點高度的影響,保持焊點直徑不變,邊界條件和熱加載也不變,改變焊點高度進行求解,采用Coffin-Manson方程,分析和預測熱循環(huán)條件下不同高度危險焊點的疲勞壽命,從而得出可靠性較高的焊點。最后在熱循環(huán)條件下對比分析無鉛焊料Sn3.0Ag0.5Cu與有鉛焊料Sn63/Pb37的溫度分布、應力應變及熱疲勞壽命。故在電子封裝工程應用中對PBGA無鉛焊點直徑和高度的選取應控制在合理范圍內(nèi),進而來保證其可靠性。無鉛焊Sn3.0Ag0.5Cu與有鉛焊Sn63/Pb37因焊點成分不同進而熱可靠性也不同。通過該論文的研究有助于更加深入了解無鉛焊點在熱循環(huán)條件下的失效機制,對于BGA無鉛焊點在實際電子封裝工程應用也具有一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：電子封裝 可靠性 有限元 熱循環(huán)
【學位授予單位】：武漢紡織大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG405
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景9
• 1.2 定義及功能9-10
• 1.3 封裝分級和發(fā)展10-12
• 1.4 BGA封裝12-13
• 1.5 封裝可靠性問題13-17
• 1.5.1 可靠性概述13-14
• 1.5.2 可靠性研究方法14-15
• 1.5.3 焊點Anand本構(gòu)方程15-17
• 1.5.4 焊點壽命預測模型17
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.7 課題來源、目的與研究內(nèi)容18-19
• 1.7.1 課題來源、目的18
• 1.7.2 研究內(nèi)容18-19
• 1.8 論文的組織結(jié)構(gòu)19
• 1.9 本章小結(jié)19-20
• 2 理論基礎(chǔ)20-27
• 2.1 有限元的簡介20-21
• 2.1.1 有限元法的理論20
• 2.1.2 ANSYS Workbench簡介20-21
• 2.2 溫度場理論21-23
• 2.3 熱應力相關(guān)理論23-26
• 2.3.1 熱應力的概述23
• 2.3.2 熱彈性力學的基本方程23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 無鉛焊溫度場27-34
• 3.1 結(jié)構(gòu)模型27-28
• 3.2 材料屬性以及有限元模型28-30
• 3.3 工程環(huán)境載荷30-31
• 3.4 無鉛焊點熱循環(huán)溫度分布及分析31-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 4 無鉛焊熱分析34-48
• 4.1 不同直徑焊點的熱分析34-41
• 4.1.1 整體變形量34-36
• 4.1.2 焊點變形量36-37
• 4.1.3 焊點等效塑性應變37-41
• 4.2 焊點熱疲勞壽命41
• 4.3 不同高度焊點的熱分析41-47
• 4.3.1 整體變形量情況41-43
• 4.3.2 焊點的變形量情況43-44
• 4.3.3 焊點等效塑性應變情況44-47
• 4.4 焊球熱疲勞壽命47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 5 不同焊料熱分析48-55
• 5.1 Sn63/Pb37溫度場48-50
• 5.2 不同焊料的可靠性50-53
• 5.2.1 焊點變形量對比50-51
• 5.2.2 焊點等效應力對比51-52
• 5.2.3 焊點等效塑性應變對比52-53
• 5.3 焊點熱疲勞壽命53-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 6 總結(jié)與展望55-57
• 6.1 總結(jié)55
• 6.2 展望55-57
• 參考文獻57-61
• 致謝61

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本文編號：824832