BGA板级结构循环剪切条件下焊点的力学行为研究

发布时间：2019-09-23 13:30

【摘要】：电子产品运用于社会各领域,而其性能的提高得益于电子封装技术的进步。BGA封装技术成为目前芯片封装行业中的主流。BGA封装中焊点的可靠性对封装领域尤为的重要。由于电子产品在使用过程中会受到周期性的振动,因此对焊点产生循环性质的机械应力。在电子产品的性能研究中,对BGA封装中焊点进行剪切试验是检测焊点力学性能的重要方法之一。综上所述,对BGA板级结构进行循环剪切加载研究焊点的力学行为具有非常重要的理论和实际意义。因此,本文采用有限元模拟软件建立三维Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu BGA板级结构模型,研究在循环剪切条件下板级结构中焊点的力学行为。主要进行了以下工作:首先,通过改变循环剪切速率,研究了BGA板级结构在循环剪切作用下焊点的力学行为。分析结果表明板级结构中焊点的应力峰值略有不同。焊点的应力呈现出先快速增大到一定程度后平稳增加的规律。随着循环剪切速率的增大,焊点所受应力增幅加快,应力平台变宽。BGA板级结构中焊点的等效塑性应变随剪切速率的增加明显增大,板级结构的整体抗循环剪切性能呈减弱趋势。其次,通过改变板级结构中焊点的直径,研究了循环剪切条件下BGA板级结构中焊点的力学行为。研究结果表明板级结构中焊点的应力峰值随焊点直径的增加而增大。在循环剪切过程中,板级结构中焊点的应力表现出先加速增长后平缓增加的规律。板级结构中焊点直径愈小,焊点的屈服应力值愈小。焊点的塑性应变随焊点直径的增大而明显降低,板级结构的整体抗循环剪切性能有所提高。最后,通过改变IMC的厚度,模拟了BGA板级结构循环剪切加载过程,对板级结构中焊点的力学行为进行分析。分析结果表明板级结构在循环剪切作用下,焊点的应力峰值随着IMC厚度的增加而减小。板级结构中焊点的应力在循环剪切过程中呈现出加速阶段和平稳阶段的规律。焊点的屈服应力随IMC厚度的增加而减小。在循环剪切过程中,板级结构中焊点的塑性应变随着IMC厚度的增加而增大,板级结构的整体抗循环剪切性能有所减弱。在循环剪切作用下BGA板级结构中焊点的应力应变分析表明易失效位置是相同的,该现象不随剪切速率、焊点直径和IMC厚度的变化而发生改变。在BGA板级结构中,靠近刚体第一列第三个焊点的应力最大,且应力集中区域为受力一侧的下IMC处;同列中第一个焊点的塑性应变最大,且应变最大区域为上PCB板侧。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN405

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