BGA封装焊点可靠性及疲劳寿命分析

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1、财羌謂似名＿博士学位论文Ｉ１ＭＢＧＡ封装焊点可靠性及疲劳寿命分析陈轶龙作者姓名指导教师姓名、职称贾建援教授工学博士申请学位类别＿学校代码10701学号1104110244分类号TN601密级公开西安电子科技大学博士学位论文BGA封装焊点可靠性及疲劳寿命分析作者姓名：陈轶龙一级学科：机械工程二级学科：机械电子工程学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：贾建援教授学院：机电工程学院提交日期：2016年9月AnalysisoftheReliabilityandFatigueLifeofBGASolderjointsADissertationsu

2、bmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorinElectro-MechanicalEngineeringByChenYilongSupervisor:JiaJianyuanTitle:ProfessorSeptember2016西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师。指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事对本研宂所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。本人签名：？东锈益日期：ｍＬＩＬＪｚ西安电子科技大学关于论文使用授权的说明：本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许釆用影。印、缩印或其它复制手

4、段保存论文同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文。、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿－本人签名：导师签名：‘．如：：＞你＂日期日期摘要摘要电子信息产品的多功能集成化、便携化、低价格发展趋势必然导致轻、薄、短、小型化的技术需求，使得电子封装技术成为全世界微电子产业中的相对独立、技术竞争激烈的领域。封装过程中焊点自组装的可靠性及焊点的疲劳寿命是封装器件可靠性的重要指标。随着封装尺寸的逐渐减小及封装密度的不断增高，焊点在自组装过程中很难通过肉眼观察。因此，如何能够保证自组装过程的可靠性，提高焊接成品率

5、，保证焊点疲劳寿命成为业界研究的重点问题。BGA封装形式作为当前主要封装形式，BGA焊点群的自组装可靠性及疲劳寿命显得尤为重要。本文以此为出发点，研究了BGA封装的可靠性及BGA焊点的受力与疲劳寿命。论文分别对BGA焊点的焊点形态、BGA封装器件的翘曲变形与自组装成品率、BGA焊点的温度残余应力及BGA焊点横截面应力分布、BGA焊点的疲劳寿命四个方面进行了探讨和研究，并对工艺过程提出了一些指导建议。主要工作内容如下：1.基于对液体表面张力及润湿性的分析，实验分析了液体体积对其接触角的影响。其次，根据液滴接触角在固体界面结构突变处及材料不连续处的变化规律，提出了“接触铰”的概念，为后

6、续更加准确地仿真焊点液桥形态提供了基础。考虑体积约束，提出了以张力角为自变量的Young-Laplace方程，对不同边界条件及不同结构的BGA焊点形态进行了仿真分析，并得到了其3D仿真形态。同时，得到了表征焊点承载力与液桥间距关系的液桥刚度曲线。考虑焊点体积不可避免的制造误差，求解得到不同体积焊点的液桥刚度曲线族，为后续自组装可靠性分析提供了基础。2.基于层合板弯曲理论，建立由封装树脂、Si芯片和陶瓷基板组成的三层板模型，对BGA封装器件进行了自由约束下的温度翘曲变形分析，得到了器件随温度变化的翘曲变形规律。考虑焊点体积不可避免的制造误差及焊点位置的随机性，结合焊点液桥刚度曲线库

7、，对器件进行自组装分析，得到了判断焊点断路和短路的准则。通过对大量相同器件进行自组装分析，可以得到该工艺类型下器件的自组装成品率。通过改变焊点体积偏差率及焊盘直径，得到了焊点体积偏差率及焊盘直径对器件自组装成品率的影响规律，对生产工艺有一定的指导作用。最后，考虑当前封装器件的发展方向，对0.35mm和0.3mm节距封装器件的焊点体积均值及焊盘直径的匹配关系进行了仿真分析，得到了能够满足当前封装器件结构的工艺参数匹配值。对封装器件未来的发展提供了借鉴作用，也为封装器件的