FCBGA器件SnAgCu焊点的热冲击可靠性分析

采用有限元法和Garofalo-Arrheninus稳态本构方程,在热冲击条件下对倒装芯片球栅阵列封装（FCBGA）器件SnAgCu焊点的可靠性进行分析. 结果表明,Sn3.9Ag0.6Cu焊点的可靠性相对较高. 通过分析SnAgCu焊点的力学本构行为,发现焊点应力的最大值出现在焊点与芯片接触的阵列拐角处. 随着时间的推移,SnAgCu焊点的应力呈周期性变化. Sn3.9Ag0.6Cu的焊点应力和蠕变最小,Sn3.8Ag0.7Cu焊点应力和蠕变次之,Sn3.0Ag0.5Cu焊点应力和蠕变最大,与实际的FCBGA器件试验结果一致. 基于蠕变应变疲劳寿命预测方程预测三种SnAgCu焊点的疲劳寿命,发现Sn3.9Ag0.6Cu焊点的疲劳寿命比Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.8Ag0.7Cu焊点的疲劳寿命高.     

基于Anand模型SnAgCu-X焊点疲劳寿命预测

Anand模型采用有限元法模拟WLCSP器件Sn3.8Ag0.7Cu-X（Ce，Fe）无铅焊点在热循环载荷条件下的应力-应变响应，借助蠕变应变疲劳寿命预测模型SnAgCu，SnAgCuCe，SnAgCuFe焊点疲劳寿命.结果表明，在服役器件整体器件出现明显的变形现象，电路板翘曲严重.从中心到拐角焊点变形-应力-应变逐渐增加，芯片下拐角焊点成为整个结构潜在的危险区域.通过计算WLCSP器件SnAgCu、SnAgCuCe和SnAgCuFe三种焊点的疲劳寿命，证实了SnAgCuCe和SnAgCuFe焊点寿命明显高于SnAgCu焊点，证明了在SnAgCu中添加一定量的铈和铁可以显著提高SnAgCu焊点的使用寿命，分析结果为新型无铅钎料的研发提供理论支撑.     

WLCSP器件Sn3.9Ag0.6Cu焊点疲劳寿命预测

基于蠕变模型采用有限元法对WLCSP30器件Sn3.9Ag0.6Cu焊点可靠性及疲劳寿命进行预测.研究发现WLCSP器件整体的最大应力集中在阵列最拐角焊点的上表面处,该部位可能成为焊点裂纹的发源地,试验结果也验证了模拟结果的正确性.对焊点应力—应变分析,发现焊点部位出现明显的蠕变应变和蠕变应变能累积现象,结合焊点疲劳寿命方程,预测焊点疲劳寿命,发现基于蠕变应变能密度的计算结果和试验结果较吻合,但是基于蠕变应变的预测结果和试验结果相差较大,因此基于蠕变应变的疲劳寿命预测方程需要进一步的研究.     

不同阵列PBGA器件焊点可靠性分析

采用Anand模型描述钎料本构关系,对温度循环载荷下两种不同阵列形式的塑料球栅阵列(PBGA)Sn3.0Ag0.5Cu焊点的应力应变响应进行有限元分析.结果表明,两种不同阵列条件下,关键焊点的位置均由芯片拐角位置决定.芯片尺寸改变时,PB.GAl21焊点的最大应力值随芯片尺寸的增大而增大,但PBGA81的最大应力值随芯片尺寸增大先减小后增大.凭借Engelmaier修正的Coffin-Manson寿命预测方程,分别预测了两种不同阵列PBGA器件四种芯片尺寸条件下焊点的热疲劳寿命,结果表明芯片尺寸对焊点疲劳寿命有较大影响.     

WLCSP30器件SnAgCuFe焊点可靠性研究（英文）

研究Sn Ag Cu Fe焊点的本构方程,采用拉伸测试拟合本构模型的9个参数。基于有限元模拟应用Anand模型分析WLCSP30器件Sn Ag Cu Fe焊点的应力-应变响应。结果表明,器件最大应力集中在拐角焊点上表面,Sn Ag Cu Fe焊点应力值明显小于Sn Ag Cu焊点。基于疲劳寿命预测模型,证实微量的Fe可以显著提高Sn Ag Cu焊点疲劳寿命,因此Sn Ag Cu Fe可以替代传统的Sn Pb应用于电子封装。     

FCBGA器件SnAgCu焊点疲劳寿命预测

采用Anand模型构建Sn3.0Ag0.5Cu钎料本构方程,分析FCBGA器件在无底充胶以及不同材料属性底充胶情况下焊点的应力分布.结果表明,无论底充胶存在与否,最拐角焊点上表面都是应力集中的区域.使用底充胶可以使焊点的残余应力减小,并且使其均匀分布于焊点上表面上.运用Engelmaier修正的Coffin-Mason模型计算焊点疲劳寿命,发现使用底充胶的器件焊点寿命明显高于无底充胶器件的焊点疲劳寿命.对底充胶属性参数研究发现,线膨胀系数的大小对焊点疲劳寿命影响很大,而弹性模量的影响却很小,通过参数的优化模拟,可以为底充胶的选择提供一定的理论指导.     

考虑IMC影响的PBGA无铅焊点温度循环有限元数值模拟

采用ANSYS统一Anand粘塑性本构方程描述SnAgCu焊点非弹性形变.对考虑IMC的PBGA焊点与不考虑IMC的PBGA焊点在温度循环载荷作用下的应力应变响应进行分析比较.结果表明,远离中心位置的外侧焊点承受更大的应力应变;在温度循环加载过程中IMC层积累了较大的应力;由于IMC层的硬脆性材料特性,应力不会通过塑性形变释放,使焊料在高应力IMC界面发生较大的塑性形变;IMC焊点高应力集中区的应力应变迟滞回线所代表的应变能高于不考虑IMC的焊点,导致其热疲劳寿命远低于不考虑IMC的焊点,与实际温度循环试验结果更为接近.     

焊点热应力应变分析与HALT热循环温度剖面图优化

以统一型粘塑性Anand本构方程为基础，采用非线性有限元方法研究了热循环试验过程中高低温端点温度、温度升降速率、高低温保持时间对Sn63Pb37焊点应力分布和塑性应变的影响，并结合基于塑性应变的疲劳寿命预测Coffin—Masson公式，分析了热循环试验效率与这些参数之间的关系，为建立优化的HALT(Highly accelerated life test)和其它可靠性热循环试验温度剖面图提供有价值的参考。     

细间距器件焊点力学性能与数值模拟

采用再流焊方法对细间距器件进行钎焊试验,针对使用SnAgCu和SnPb两种钎料对应的焊点进行了研究。结果表明,SnAgCu焊点的拉力明显高于SnPb焊点,说明SnAgCu对应焊点的抗拉强度更高。对焊点断口组织分析发现,SaAgCu焊点拉伸断裂方式为韧性断裂,而SnPb焊点的断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征。运用非线性有限元模拟,针对焊点在温度循环载荷作用下的力学性能分析,发现SnAgCu焊点的应力应变以及非线性应变能明显小于SnPb焊点对应的数值。说明SnAgCu焊点的可靠性明显高于SnPb焊点。模拟结果和试验研究结果吻合,该研究为无铅钎料的进一步研究提供理论指导。     

EBGA焊点形态预测与可靠性分析

基于能量最小原理对装配后的EBGA焊点形态进行了预测。采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了Sn63Pb37合金的粘塑性力学行为，采用非线性有限元方法研究了EBGA焊点在热循环条件下的应力应变过程及其特殊性，应用基于能量和损伤累积的Darveaux方法预测了EBGA焊点的热循环寿命。     

QFP器件微焊点热疲劳行为分析

通过数值模拟可知,蠕变应变和塑性应变在时间历程处理过程中,以阶梯状累积增加.基于 Shine and Fox 模型和 Solomon 模型,运用等效应变进行 SnPb 和 SnAgCu 焊点的疲劳寿命评估,分别为 937 次和 1391 次.结果表明,焊点的拉伸力均随着热循环次数的增加而减小;SnAgCu 焊点的热循环可靠性优于 SnPb 焊点,焊点在热循环后的断裂形式已由韧性断裂转变为脆性断裂.随着热循环次数的增加,焊点界面处的金属间化合物层不断的生长,脆性的金属间化合物使得焊点的可靠性严重削弱,导致焊点的拉伸力下降.

Abstract：

The crrep strain and plastic strain of soldered joints in time history are studied and analyzed with numerical simulation method, which are found to be accumulated as ladder form.Based on Solomon and Shine and Fox models, the fatigue life values of the Sn-Pb and SnAgCu soldered joints are evaluated by equivalent strain, which are about 937 and 1 391 respectively. The experimental results showed both in experiment and simulation results indicate that the tensile force of soldered joints will be decreased with the increase of thermal cychng times, the reliability of SnAgCu after thermal cycling is better than that of Sn-Pb, the fracture mode of the soldered joints transforms from toughness fracture into brittle fracture,and the brittle intermetallic compounds at the interface of soldered joints will grow up gradually with the increase of thermal cycling times during thermal cycling process, which give a strong impact to the reliability of soldered joints and reduce the tensile force of soldered joints at the same time.     

WLCSP30器件SnAgCuFe焊点可靠性

Anand constitutive model of SnAgCuFe solder joints was studied, and the nine parameters was determined based on tensile testing. And the model was incorporated in finite element code for analyze the stress-strain response of SnAgCuFe solder joints in WLCSP30 device. The results indicate that the maximum stress concentrates on the top surface of corner solder joints, and the stress-strain of SnAgCuFe solder joints is lower than that of SnAgCu solder joints. Based on the fatigue life model, the addition of Fe can enhance the fatigue life of SnAgCu solder joints, therefore, the SnAgCuFe solders can replace the traditional SnPb to be used in electronic packaging.     

QFP组件的优化模拟及焊点热疲劳寿命的预测

采用有限元方法研究了方形扁平式封装QFP(quad flat package)组件的优化模拟及引线宽度与间距对焊点疲劳寿命的影响规律.结果表明,在QFP64组件的所有焊点中,最外侧焊点的正前面存在最大应变值,易产生裂纹,发生疲劳破坏,为组件的最脆弱部位.QFP引线间距固定时,随着引线宽度的增加,焊点等效应变值逐渐增加,焊点可靠性降低,热疲劳寿命降低;QFP引线宽度固定时,随着引线间距的增加,存在一个焊点热疲劳寿命最大值;所选取的计算模型中,当引线宽度为0.15 mm,引线间距为0.45 mm时,焊点可靠性最高,组件具有最长的疲劳寿命.     

不同钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用半导体激光再流焊系统研究SnAgCu／SnAgCuCe在铜基板的润湿性以及焊点的力学性能,同时对比红外再流焊,研究两种焊点在热循环过程中的可靠性．结果表明,随着激光输出功率的增加,无铅钎料的铺展面积逐渐增加;当激光输出功率增加到某一特定范围时,无铅钎料的润湿铺展性能达到最佳．同时,随着激光加热时间的增加,无铅钎料的...