无铅焊点寿命预测及imc对可靠性影响的研究

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1、哈尔滨理工大学工学硕士学位论文无铅焊点寿命预测及IMC对可靠性影响的研究摘要目前，球栅阵列封装(BOA)技术正广泛应用于微电子封装领域，表面组装技术(SMT)也逐渐进入BGA组装时代。组装焊点的失效是BGA封装器件的失效的主要原因，伴随着人们环保意识的提高，无铅化是微电子封装业的发展趋势，在服役过程中无铅焊点的可靠性是已学者研究的热点。SnAgCu无铅钎料被认为是最有可能取代传统的SnPb钎料作为表面组装焊点的材料，但是高sn含量的SnAgCu钎料必然会导致与cu焊盘界面金属间化合物(IMC)生长过快的问题，过厚的IM

2、C将会导致焊点界面的弱化甚至开裂。因此，研究BGA组装无铅焊点可靠性及IMC对其可靠性的影响具有重要的理论意义。本文采用统一型粘塑性Anand本构方程描述材料为Sn3．8AgO．7Cu和Sn37Pb焊点在热循环条件下粘塑性行为。采用有限元数值模拟方法，针对PBGA封装器件，建立了1／8三维有限元模型，分析焊点阵列的应力应变分布规律，确定了易发生疲劳失效关键焊点的位置。分析了Sn3．SA90．7Cu关键焊点的失效机制。分别采用基于塑性应变的Co伍n-Manson模型和基于能量的Morrow方程对两种钎料的关键焊点进行热疲

3、劳寿命预测，通过计算比较Sn3．8A90．7Cu关键焊点的疲劳寿命是Sll37Pb的30倍，表明Sn3．SA90．7Cu钎料具有较好抗热疲劳性能。通过对Sn3．SAgO．7Cu与Cu焊盘回流焊接后和老化条件下的界面反应进行研究，回流焊接后，其界面处的IMC层为Cu6Sn5，无Cu3Sn金属间化合物出现，经过125℃，100h的老化试验之后，在靠近Cu焊盘一侧发现了薄薄的一层Cu3Sn。对IMC层厚度的测量结果可知，厚度与时间的平方根之间呈近似的线性关系，较好的符合了Fick扩散定律。通过对关键焊点界面处的IMC层进行合

4、理的简化，进行数值模拟，模拟结果表明，当界面IMC层厚度增加时，IMC层内的等效应力增加；与此相反，钎料内部的应力变化不大，但粘塑性应变量和塑性功累积量动态增加且增加明显，因此IMC厚度增加，将会导致焊点的热疲劳寿命降低。关键词数值模拟；球栅阵列；无铅钎料；金属间化合物；热疲劳鉴玺篓詈三銮兰三兰罂圭耋竺兰三FATIGUE．LIFEPREDICYIoNFoRLEAD．FREESoLDERJoINTSANDSTUDYFOREFFECToFIMCONRELIABILITYOFSoLDERJoINTSAbstractAtpre

5、sent,theballgridarray(BOA)packagesarewidelyappliedtothefieldofmieroelectroniepackaging．∞thesurfacemountingtechnique(SMT)graduallyentersintotheepochofassembliesforBOA．ThefailureofsolderjointsisthemainreasonfordestructionofBGAdevices．Alongwithenhancingofpeople’Sco

6、nsciousnessforenvironmentalprotection，usinglead-freeSOlderwillbethedevelopmenttendencyofthemicroelectronicindustry．Recently,thestudyforreliabilityofSMTlead—freesolderjointsatworkhasattractedgreatattentionbecauseoftheserca$ol娼．Thestudyforreliabilityoflead-freesol

7、derjointshasbeenbecominganutmostconcernbyresearchers，lead-freesolderSnAgCuismostlikelyregardedasasubstitutefortraditionalSnPbsolderasthematerialofSMTsolderjoints．However,SnAgCusolderwithhighcontentofSnisboundtocauserapidlygrowthofIMCbetweensolderandCupads，larger

8、thicknessofIMCwillleadtoweakeninginterfaceofsolderjointandcrackingintheIMClayer．Thus，thestudyforreliabilitiesoflead—freesolderjointsofBGAhastheoreticalsignificance．ht