跌落冲击载荷下板级互连系统的可靠性研究
发布时间：2021-07-31 14:26
随着电子设备不断的向小型化、便携化发展,电子产品壳体的尺寸和厚度不断减小,使电子产品承受冲击的能力变弱。在板级互连系统中,焊点是最容易受到载荷影响而损坏的部位,焊点失效是电子产品及设备无法正常工作的主要原因。在电子产品运输和使用过程中,板级互连焊点不仅会受到跌落冲击载荷作用,还会受到热-力耦合（温度-跌落耦合）作用,这对板级互连系统的可靠性提出了更高的要求。因此,本文采用有限元模拟的方法对板级跌落测试标准及板级互连系统在热-力耦合作用下的可靠性进行研究。跌落测试是检验焊点可靠性的重要方法之一。本文对JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council）在2003年发布的跌落测试标准Standard2003进行了试验,通过试验的应变监测结果验证了跌落冲击仿真模型。并使用ANSYS有限元软件对JEDEC在2003年和2016年发布的两种跌落测试标准Standard 2003和Standard 2016进行了对比分析,结果显示在焊点应力上Standard 2003和Standard 2016基本一致,在固有频率、振幅、应变幅度、应变速率及衰减速度上存...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钎料应力-应变曲线(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,(d)SAC305Fig.1-1Stress–straincharacteristicsof(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,and(d)SAC305expressedincurvesofconstanttruestrainrate.
谒婊?穸?睾上潞傅愕氖倜?Ｐ汀?空军工程大学的李剑锋[15]等人研究了在随机振动载荷下BGA焊点的失效模式，研究发现板级封装焊点从内至外的损伤程度呈递减趋势，芯片中间位置焊点的应力较小，不容易损坏。芯片四角的焊点应力较大，容易出现损伤而产生的裂纹，所以芯片四角的焊点为危险焊点。北京工业大学的TongAn[16]等人在单一的温度循环、随机振动加载条件以及温度循环和振动同时加载，测试了PBGA组件焊点的可靠性，比较分析了单变量加载和组合加载条件下焊点疲劳寿命、焊点的失效模式以及失效焊点的典型位置，试验装置如图1-2所示。结果表明，无论是温度循环加载还是室温纯振动加载，复合加载的焊点失效都要比纯振动加载的焊点失效早得多。在温度循环加载条件下，主要失效模式是体钎料内部开裂，失效焊点出现局部裂纹和完全开裂。在随机振动条件下，失效焊点仅出现完全裂纹，裂纹沿IMC金属化合物层进行扩展。复合加载条件下的失效焊点会出现穿过IMC和体钎料的混合裂纹。在所有的测试中，失效焊点的大部分裂纹都位于元件侧。对于温度循环和振动载荷，印刷电路板的中心区域中的元件比其他部件具有更多的失效焊点，而对于复合加载，PCB板不同位置部件中的失效焊点的数量大致相同。图1-2振动试验装置图Fig.1-2Vibrationtestdevice
BoZhang[27]等人研究了热循环后进行跌落冲击试验焊料互连的失效机理，这种方式比单独的热循环试验或跌落冲击试验更能合理的评价板级互连系统的可靠性，研究表明对于热循环后跌落冲击的试样，焊料互连失效位置已经从沿元件侧金属间化合物层和镍层之间萌生和扩展转变为沿Cu3Sn金属间化合物萌生和扩展，失效机理也由完全脆性裂纹转变为疲劳裂纹和脆性裂纹的混合裂纹。UniqueRahangdale[28]等人采用有限元模拟的方法对板级互连系统在热-力耦合场下进行研究，对在封装芯片上通电及断电两种情况进行对比分析，危险焊点应力对比如图1-3所示；当封装内通电产生热量时，应力值更高。图1-3中的蓝色曲线是正常跌落试验时焊点上与时间相关的等效应力值，随着时间的增加，等效应力值保持振动和稳定。图1-3通/断电焊点等效应力Fig.1-3Equivalentstressofon/offsolderjoint重庆大学的翟大军[29]采用试验与模拟相结合的方法，研究电流密度对SAC305/Cu界面金属间化合物在振动载荷下失效行为的影响，综合分析施加电流后焊点的温度场以及振动冲击时焊点的应力场，研究电载荷对焊点温度场以及应力场的影响，研究发现焊点温度随着电流密度的增加而增加，在相同的振动载荷下对焊点的失效影响增强，焊点寿命显著降低。哈尔滨理工大学的焦鸿
【参考文献】：
期刊论文
[1]热循环条件下高密度互连点的应力应变分析[J]. 朱红瑜,尚拴军,苏鹏,韩诗男,赵亚涛. 焊接. 2018(10)
[2]随机振动载荷下板级焊点失效模式分析[J]. 李剑峰,肖明清,董佳岩,盛增津,陈垚君. 微电子学. 2018(04)
博士论文
[1]多场耦合下板级互连Sn-Ag-Cu/Cu焊点失效特征及机理[D]. 张洪武.哈尔滨理工大学 2016
[2]跌落碰撞下SMT无铅焊点可靠性理论与实验研究[D]. 刘芳.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]多物理场载荷下电子封装板级焊点仿真研究[D]. 焦鸿浩.哈尔滨理工大学 2019
[2]BGA焊点的热可靠性研究[D]. 朱玉丹.上海交通大学 2017
[3]球栅阵列焊点与Cu基板界面在热/电/振动载荷下的失效机理[D]. 翟大军.重庆大学 2014
[4]板级无铅焊点跌落冲击载荷下可靠性分析[D]. 周新.上海交通大学 2007
本文编号：3313631
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钎料应力-应变曲线(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,(d)SAC305Fig.1-1Stress–straincharacteristicsof(a)Sn-37Pb,(b)SAC101,(c)Sn-3.5Ag,and(d)SAC305expressedincurvesofconstanttruestrainrate.
谒婊?穸?睾上潞傅愕氖倜?Ｐ汀?空军工程大学的李剑锋[15]等人研究了在随机振动载荷下BGA焊点的失效模式，研究发现板级封装焊点从内至外的损伤程度呈递减趋势，芯片中间位置焊点的应力较小，不容易损坏。芯片四角的焊点应力较大，容易出现损伤而产生的裂纹，所以芯片四角的焊点为危险焊点。北京工业大学的TongAn[16]等人在单一的温度循环、随机振动加载条件以及温度循环和振动同时加载，测试了PBGA组件焊点的可靠性，比较分析了单变量加载和组合加载条件下焊点疲劳寿命、焊点的失效模式以及失效焊点的典型位置，试验装置如图1-2所示。结果表明，无论是温度循环加载还是室温纯振动加载，复合加载的焊点失效都要比纯振动加载的焊点失效早得多。在温度循环加载条件下，主要失效模式是体钎料内部开裂，失效焊点出现局部裂纹和完全开裂。在随机振动条件下，失效焊点仅出现完全裂纹，裂纹沿IMC金属化合物层进行扩展。复合加载条件下的失效焊点会出现穿过IMC和体钎料的混合裂纹。在所有的测试中，失效焊点的大部分裂纹都位于元件侧。对于温度循环和振动载荷，印刷电路板的中心区域中的元件比其他部件具有更多的失效焊点，而对于复合加载，PCB板不同位置部件中的失效焊点的数量大致相同。图1-2振动试验装置图Fig.1-2Vibrationtestdevice
BoZhang[27]等人研究了热循环后进行跌落冲击试验焊料互连的失效机理，这种方式比单独的热循环试验或跌落冲击试验更能合理的评价板级互连系统的可靠性，研究表明对于热循环后跌落冲击的试样，焊料互连失效位置已经从沿元件侧金属间化合物层和镍层之间萌生和扩展转变为沿Cu3Sn金属间化合物萌生和扩展，失效机理也由完全脆性裂纹转变为疲劳裂纹和脆性裂纹的混合裂纹。UniqueRahangdale[28]等人采用有限元模拟的方法对板级互连系统在热-力耦合场下进行研究，对在封装芯片上通电及断电两种情况进行对比分析，危险焊点应力对比如图1-3所示；当封装内通电产生热量时，应力值更高。图1-3中的蓝色曲线是正常跌落试验时焊点上与时间相关的等效应力值，随着时间的增加，等效应力值保持振动和稳定。图1-3通/断电焊点等效应力Fig.1-3Equivalentstressofon/offsolderjoint重庆大学的翟大军[29]采用试验与模拟相结合的方法，研究电流密度对SAC305/Cu界面金属间化合物在振动载荷下失效行为的影响，综合分析施加电流后焊点的温度场以及振动冲击时焊点的应力场，研究电载荷对焊点温度场以及应力场的影响，研究发现焊点温度随着电流密度的增加而增加，在相同的振动载荷下对焊点的失效影响增强，焊点寿命显著降低。哈尔滨理工大学的焦鸿
【参考文献】：
期刊论文
[1]热循环条件下高密度互连点的应力应变分析[J]. 朱红瑜,尚拴军,苏鹏,韩诗男,赵亚涛. 焊接. 2018(10)
[2]随机振动载荷下板级焊点失效模式分析[J]. 李剑峰,肖明清,董佳岩,盛增津,陈垚君. 微电子学. 2018(04)
博士论文
[1]多场耦合下板级互连Sn-Ag-Cu/Cu焊点失效特征及机理[D]. 张洪武.哈尔滨理工大学 2016
[2]跌落碰撞下SMT无铅焊点可靠性理论与实验研究[D]. 刘芳.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]多物理场载荷下电子封装板级焊点仿真研究[D]. 焦鸿浩.哈尔滨理工大学 2019
[2]BGA焊点的热可靠性研究[D]. 朱玉丹.上海交通大学 2017
[3]球栅阵列焊点与Cu基板界面在热/电/振动载荷下的失效机理[D]. 翟大军.重庆大学 2014
[4]板级无铅焊点跌落冲击载荷下可靠性分析[D]. 周新.上海交通大学 2007
本文编号：3313631
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