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随着电子产品和半导体行业的飞速发展,电子产品制造商越来越关注小尺寸、高密度、多功能的电子产品,如笔记本电脑,移动电话和个人数字助理。球栅阵列封装(Ball Grid Array Package)因其体积小、较高的连接密度而广泛应用于电子产品及其设备。然而,封装的高密度就会使得单位体积内产生更多的热量,因此由热引起的失效问题成为关注的焦点,特别是封装材料间的热膨胀系数不匹配成为焊点失效的根本原因。 人们对传统锡铅钎料的可靠性问题研究比较深入,对无铅钎料的可靠性问题研究尚不够,无铅化时代的到来,更加突出无铅接头可靠性问题的特殊性和重要性。因此,为了提高无铅电子产品的可靠性,对于电子产业来说,有效的、切实可行的试验方法和数值模拟技术变得尤为重要。 本论文针对封装材料间的热膨胀系数不匹配这一失效根本原因,利用ANSYS9.0有限元分析软件建立BGA的有限元模型,对热循环载荷下的 BGA互连焊点的失效进行预测分析。编制了热循环温度载荷的APDL参数程序,并使用子模型技术对热循环温度载荷条件下的焊点进行应力应变分析,预测关键位置焊点及裂纹位置。并使用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)和显微维氏硬度计对BGA焊点的显微组织、晶体取向和显微硬度进行表征。 由ANSYS计算出焊点应力、应变分布云图可以得知,焊点在钎料与焊盘界面外缘处应力最大,关键位置焊点处在BGA封装体的拐角处,裂纹可能在钎料与焊盘界面外围处起裂,沿着与焊盘成45°角方向向钎料内部扩展,这与显微组织表征结果基本吻合。在焊点截面的晶体取向分布图中,发现了局部再结晶,并且局部再结晶主要出现在裂纹附近。再结晶促进了裂纹的萌生和扩展。实验结果验证了有限元模拟分析预测的正确性,应力应变集中处储存能的升高为局部再结晶提供了驱动力。