倒装芯片SnAgCu无铅焊料焊点的可靠性研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1无铅焊料研究概述

1.1.1无铅焊料研究的驱动力

1.1.2无铅焊料的技术要求

1.1.3无铅焊料的进展和展望

1.2电子封装技术概述

1.2.1电子封装技术发展简介

1.2.2倒装芯片技术简介

1.2.3倒装芯片可靠性研究

1.3本文研究的主要内容

第2章有限元理论

2.1有限单元法基本思想

2.2有限单元基本类型

2.3热弹塑性蠕变有限元分析理论

2.3.1非线性有限元基本方程

2.3.2热弹塑性蠕变非线性材料模式

第3章倒装芯片SnAgCu焊点的可靠性模拟

3.1引言

3.2求解策略和收敛准则

3.2.1求解策略

3.2.2收敛准则

3.3 FC组装的二维全局有限元分析

3.3.1无底充胶FC组装的有限元分析

3.3.2有底充胶FC组装的有限元分析

3.4单焊点模型的三维有限元分析

3.4.1单焊点模型的建立

3.4.2 SnAgCu焊料的蠕变本构方程

3.4.3无底充胶单焊点模型的有限元分析

3.4.4有底充胶单焊点模型的有限元分析

3.5本章小结

第4章倒装芯片SnAgCu焊点寿命预测方法

4.1引言

4.2 SnAgCu焊点的寿命预测

4.3寿命预测方法的验证

4.3.1验证方法

4.3.2 BGA简介

4.3.3验证过程及结果

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢