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目前,球栅阵列封装(BGA)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IMC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Sn3.8Ag0.7Cu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Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的失效机制。分别采用基于塑性应变的Coffin-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劳寿命预测,通过计算比较Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的疲劳寿命是Sn37Pb的3~4倍,表明Sn3.8Ag0.7Cu钎料具有较好抗热疲劳性能。通过对Sn3.8Ag0.7Cu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。