伴隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)的進(jìn)步，微電子產(chǎn)品正向便攜化、小型化和高性能方向發(fā)展，BGA（Ball Grid Array）封裝已成為現(xiàn)今最先進(jìn)的封裝技術(shù)之一。但是，BGA封裝面臨的主要技術(shù)問(wèn)題在于電子產(chǎn)品的使用過(guò)程中，芯片會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使封裝系統(tǒng)組件溫度升高；由于封裝材料的膨脹系數(shù)不同，溫差會(huì)使得封裝整體受到熱應(yīng)力沖擊。在封裝整體焊點(diǎn)的強(qiáng)度較低時(shí)，不斷的熱應(yīng)力沖擊會(huì)使焊點(diǎn)產(chǎn)生裂紋，長(zhǎng)時(shí)間之后會(huì)導(dǎo)致封裝整體失效。另外，因?yàn)楸銛y式電子產(chǎn)品的不斷普及，BGA互連焊點(diǎn)將承受高的應(yīng)變速率損傷（如跌落損傷），這也造成了新的焊點(diǎn)失效模式。

佩特電子小編針對(duì)簡(jiǎn)化的BGA包工包料封裝體結(jié)構(gòu)（主要包括芯片、Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球以及基板等），利用有限元法對(duì)其溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力應(yīng)變以及不同剪切速率下的剪切行為進(jìn)行了模擬分析，也進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而為BGA封裝體因溫度、熱應(yīng)力、疲勞以及振動(dòng)沖擊所產(chǎn)生的諸多問(wèn)題以及電子產(chǎn)品的可靠性分析提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在溫度場(chǎng)分析方面，對(duì)焊球分別通入不同強(qiáng)度電流（I_1=0.5A、I_2=1.5A、I_3=2.5A）后，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，BGA包工包料封裝焊點(diǎn)兩側(cè)的芯片端和基板端的溫度都隨著加載電流的增大而增大，并且滿足拋物線規(guī)律；在假定芯片為唯一發(fā)熱源（功率大小為0.1W）并考慮整個(gè)封裝體內(nèi)部以及與外界的熱傳導(dǎo)和對(duì)流的條件下，3-D與2-DBGA包工包料封裝溫度場(chǎng)模擬結(jié)果均表明：焊球的溫度較高，大致與芯片的溫度相差不大，基板的溫度比較低，這是因?yàn)榛宓膶?dǎo)熱系數(shù)與芯片和焊球相差較大。在熱應(yīng)力分析方面，不論在穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)還是熱循環(huán)條件（-40～125℃）下，BGA封裝整體特別是焊球內(nèi)都有大的位移變化以及應(yīng)力應(yīng)變集中，這主要是由于封裝體內(nèi)各組件材料熱膨脹系數(shù)不匹配的緣故。根據(jù)Coffin-Manson方程，溫度循環(huán)條件下的Sn-3.0Ag-0.5Cu無(wú)鉛焊球的最短熱疲勞壽命約為704cycles。

利用SEM觀察分析了不同時(shí)效時(shí)間時(shí)的界面IMC的厚度及形態(tài)，并在不同剪切速率下（≤10mm/s）對(duì)BGA球進(jìn)行剪切性能測(cè)試和模擬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的厚度不斷增加，界面形貌由時(shí)效前的貝狀變?yōu)檫B續(xù)平坦的層狀，焊球的剪切強(qiáng)度逐漸減小；隨著剪切速率的增加，焊球的剪切強(qiáng)度增大，并且隨著剪切高度的增加，焊球的剪切強(qiáng)度減小。

封裝可靠性評(píng)價(jià)是鑒定需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。新型封裝應(yīng)用于型號(hào)整機(jī)前，其可靠性應(yīng)針對(duì)應(yīng)用的環(huán)境特點(diǎn)以及整機(jī)對(duì)可靠性的要求進(jìn)行評(píng)價(jià)和驗(yàn)證。如標(biāo)準(zhǔn)JEDEC-JEP150是從器件級(jí)和器件裝聯(lián)后兩個(gè)層級(jí)，主要通過(guò)HAST和其它試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)SMT封裝的可靠性評(píng)價(jià)。

對(duì)集成電路封裝的可靠性評(píng)價(jià)，也同樣要從器件封裝自身和裝聯(lián)后器件可靠性兩個(gè)方面開(kāi)展。器件封裝自身的評(píng)價(jià)，主要從封裝的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料和工藝等方面進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)和計(jì)算機(jī)仿真分析；而器件裝聯(lián)后的封裝可靠性評(píng)價(jià)，一般通過(guò)在環(huán)境、機(jī)械等應(yīng)力作用下和計(jì)算機(jī)仿真分析相結(jié)合來(lái)評(píng)估整機(jī)的可靠性。同時(shí)，不同封裝對(duì)電裝工藝的要求也不完全相同，SMT貼片打樣廠商需要根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)行裝聯(lián)工藝的適應(yīng)性分析。

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