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倒装芯片(FC,FlipChip)技术是很有前途的组装技术,无铅化是电子产品的发展趋势,研究倒装芯片无铅焊料焊点的可靠性很有现实意义。本文采用有限元法,先后建立了FC组装的二维全局模型与单焊点三维模型,对倒装芯片SnAgCu焊料焊点在热循环条件下的应力应变进行了研究,然后建立了焊点的寿命预测方法。
研究发现,FC组装SnAgCu焊料焊点阵列中,芯片角处焊点的应力应变最大。本文针对该焊点建立了单焊点三维有限元模型,利用热弹塑性蠕变模式描述了SnAgCu焊料焊点的力学行为,其中蠕变部分分别采用了两种本构方程(DoublePowerLaw方程和HyperbolicSine方程)。在热循环过程中,蠕变应变在非弹性应变和总应变中处于主导地位,蠕变在升降温阶段变化显著,保温阶段的变化很小,无底充胶焊点的最大蠕变应变出现在焊点上界面的外缘角处,有底充胶时,在焊点上界面附近的球面上蠕变应变最大;焊点的高应力主要发生在低温阶段,高温阶段,焊点将发生显著的应力松驰,应力大幅减小。
填充底充胶后,降低了焊点的应力应变水平,而且改变了焊点的应力应变分布,使得各焊点之间以及焊点内部的应力应变分布变得相对均匀。
本文还建立了倒装芯片SnAgCu焊料焊点的寿命预测方法。根据DoublePowerLaw蠕变方程得出的预测寿命要比HyperbolicSine的稍大,但二者非常相近。采用累积蠕变应变能量密度方法计算循环寿命时,预测值比较准确,而采用累积蠕变应变方法得出的预测寿命偏差较大。