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电路板级封装粘接材料对ctbga组件焊点可靠性的影响

电路板级封装粘接材料对CTBGA组件焊点可靠性的影响

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作者：史洪宾复旦大学

学位级别：硕士

随着欧盟有害物质限制(Restriction of Hazardous Substances,简称RoHS)指令和我国《电子信息产品污染防治管理办法》的实施,电子产品已全面进入无铅时代,薄型球栅阵列(Thin ChipArray Ball Grid Array,简称ctbga)等先进封装的尺寸更小... 详细信息

随着欧盟有害物质限制(Restriction of Hazardous Substances,简称RoHS)指令和我国《电子信息产品污染防治管理办法》的实施,电子产品已全面进入无铅时代,薄型球栅阵列(Thin ChipArray Ball Grid Array,简称ctbga)等先进封装的尺寸更小、焊点间距更窄,再加上无铅焊点本身的易碎性,注定必须使用电路板级粘接材料来释放应力,为元件提供长期保护。强大的市场需求驱动粘接材料技术逐步提高,越来越多的粘接材料被研发。为了实现基于粘接材料技术的特定电子产品可靠性提升最大化,不同类型粘接材料对焊点可靠性的影响成为亟须进行的研究工作。本文对当前业界常用的八种粘接材料(涉及底部完全填充、底部部分填充、边沿绑定和角落绑定四种粘接方式)对ctbga组件焊点的机械弯曲、剪切、温度循环和跌落可靠性进行了研究,取得如下成果：(1)可靠性试验表明上述粘接材料对焊点的机械弯曲、剪切和跌落可靠性分别有平均29.7%和27.0%和60.0倍的改善;而对温度循环可靠性则有32.7%的弱化作用。机械可靠性的改善得益于材料对机械应力的缓冲或吸收效应;而材料热膨胀系数(简称CTE)在高于其玻璃转换温度后的急剧增加,使其与PCB以及焊点的CTE失配并最终导致焊点过早失效。(2)对可靠性试验后样品的失效分析试验显示,机械弯曲试验中的焊点失效区域在可动铁砧左右两侧呈对称分布,焊点的断裂位置绝大多数发生在PCB焊盘和PCB基材界面;剪切试验试验中焊点的断裂位置多集中在PCB焊盘和PCB基材界面以及元件焊盘和焊点界面,且呈现随着粘接材料使用量的增加逐渐由以前者为主向以后者为主转化的趋势;跌落试验中焊点的断裂位置多集中在元件焊盘和焊点界面;而温度循环试验中的焊点断裂位置则多发生在靠近PCB焊盘和元件焊盘的焊点中,并呈现出不同于前三者脆性断裂形式的疲劳断裂形式。(3)通过有限元模拟了焊点在上述可靠性试验中的应力应变状态,基于3D有限元的弹性,塑性和蠕变模型印证了上述断裂位置存在的应力集中现象。本文的研究工作对各种粘接材料的应用性及对焊点可靠性的影响进行了量化评价,对相关企业有针对性地选择适合的粘接材料有重大的借鉴意义。

关键词：粘接材料 ctbga 可靠性失效分析有限元模拟

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