无铅PBGA组装的有限元分析与寿命预测.pdfVIP

维普资讯 - 祝新军 马孝松 王栋 桂林 电子科技大学机 电工程学院 无铅PBGA组装的有限元分析与寿命预测 【摘要】 本文采用粘塑lg·hyperbolic—sine本构方程描述了Sn95．5Ag3．8Cu0．7焊料的材料模式。使用通用有限元软件模拟了 PBGA(PlasticBal1GridArray)封装器件焊球阵列在一55~C-125℃热循环作用下应力应变的分布。并采用修正后的热疲 劳寿命预测coffin—Masson公式分析预测了该焊料焊点的热疲劳寿命。 【关键词】 热循环 PBGA 热疲劳寿命 有限元仿真 1．引言 珊HI间距是1．27sn，下焊盘直径为0．6 Schubert、Vianco 、WieseⅢ等人的 随着社会的进步，保护环境，减 IIIIl，高为0．038mm，上焊盘直径为 研究，证明这种焊料的蠕变行为基本遵 少污染，已越来越受到人们的关注。 0．46mm，高为o．3mm，芯片厚0．3mm， 守Garofalo正弦双曲线法则。因此，在 由于铅对环境和人体的负作用，世界 边长 10ⅡITl，EMC厚为 1．2ram，边长是 这里应用hyperbolic—sine正弦双曲线 各国如欧盟、美国和 日本等纷纷立法 24m，BT基板 厚 o．5mm，边 长为 27 (式2—1)来描述Sn95．5Ag3．8CuO．7N料 禁止或限制铅的工业应用。2006年7月 iiin，FR4-PCB厚为 1．25mm，边长为50 的蠕变特性。在有限元仿真过程中， 1日欧盟 已正式对电子产品实施RoHS Ⅱlllo Sn95．5Ag3．8CuO．7N料的蠕变粘塑性本 (Restriction of HazardoUS Subst 考虑到模型的对称性，故取其中 构关系通过用户子程序 的方式来实 ances)法令，无铅技术的研究与应用 的一半进行分析，网格划分如图2-2所 现。 对 电子封装业 的原始设备制造商 不 。 ： Cs[inha(o)】lexp(一导)2(_1) (0 )和电子代工生产商 (FMs)己成为 式中 当务之急。而Sn95、5Ag3，8Cu0、7焊料 是 目前比较常用的无铅焊料。而由于 等效蠕变应变率 (S) 价格的低廉的优势，PBGA也成为市面上 0 Vonmise应力 (N／ram~) 比较常见的封装形式 。本文将 以 C 0．0319(KsN-[11112) 图2—1pBGA封装器件结构图 PBGA的无铅焊点为研究对象，采用基于 T热力学温度 (K) 粘塑性hyperbo1ic—sine本构方程来描 2．2材料模式以及参数的确定 Q 0．021：幂率依赖关系丧失时 述Sn95、5Ag3、8Cu0．7焊料的非线性力 选用无铅PBGA焊球材料为Sn95．5 的应力水平 学性能。并应用非线性有限元软件模 他3、8CuO、7共晶合金材料。该焊料的 n5．0：稳态蠕变率的应力敏感指 拟仿真了其在一55℃一125℃热循环过程 熔点约为218℃。热循环按照美国军标 数 (应力指数) 中的应力应变变化，再结合修正后的热 ML-STD-883规定的热循环温度范围 (一 Q／K 3383．242(K) 疲劳寿命预~Coffin-Masson公式来预 55~C一125~C)确定 ，在这个温度循环 Q变形过程的激活能 测其寿命。 内，Sn95、5Ag3．8Cu0．7焊料表现出比较 K波耳茨曼