倒扣芯片连接焊点的热疲劳失效
焊接接头的热疲劳性能研究
焊接接头的热疲劳性能研究焊接接头是工程结构中常见的连接方式之一，其质量直接影响到结构的安全性和可靠性。
在工程实践中，焊接接头常常需要承受高温和循环载荷的作用，这就使得焊接接头的热疲劳性能成为一个重要的研究方向。
热疲劳是指材料在高温下受到循环载荷作用时的疲劳破坏现象。
焊接接头的热疲劳性能研究主要包括两个方面：一是研究焊接接头的热疲劳寿命，即在一定的温度和循环载荷下焊接接头能够承受的循环次数；二是研究焊接接头的热疲劳破坏机理，即焊接接头在循环载荷下的破坏形式和机制。
焊接接头的热疲劳寿命与多个因素相关，其中最重要的因素是焊接接头的材料性能和焊接工艺。
焊接接头的材料性能包括材料的强度、韧性、热膨胀系数等。
焊接工艺则包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等。
研究表明，焊接接头的热疲劳寿命随着焊接接头的强度和韧性的增加而增加，而随着焊接接头的热膨胀系数的增加而减小。
此外，焊接工艺的优化也可以显著提高焊接接头的热疲劳寿命。
焊接接头的热疲劳破坏机理主要包括热裂纹、疲劳裂纹和熔化区软化等。
热裂纹是焊接接头在冷却过程中由于热应力引起的裂纹形成，特别是在焊接接头的焊缝周围。
疲劳裂纹是焊接接头在循环载荷作用下由于应力集中引起的裂纹形成。
熔化区软化是焊接接头在高温下由于晶粒长大和析出物溶解引起的材料硬度降低。
研究表明，焊接接头的热疲劳破坏机理与焊接接头的材料和焊接工艺密切相关。
因此，通过优化焊接接头的材料和焊接工艺，可以有效提高焊接接头的热疲劳性能。
为了研究焊接接头的热疲劳性能，研究人员使用了多种试验方法和数值模拟技术。
试验方法主要包括高温疲劳试验和热疲劳试验。
高温疲劳试验是将焊接接头置于高温环境下，施加循环载荷，通过观察焊接接头的破坏形式和寿命来评估其热疲劳性能。
热疲劳试验则是在焊接接头上施加高温和循环载荷，通过检测焊接接头的变形和应力来评估其热疲劳性能。
数值模拟技术则可以通过建立焊接接头的有限元模型，模拟焊接接头在高温和循环载荷下的应力和变形，进而预测焊接接头的热疲劳性能。
焊点热疲劳失效原因分析
焊点热疲劳失效原因分析张伟;王君兆;邓胜良;马聪【摘要】A PCBA sample has a functional failure after using about six months. After package, the PCBA is overall glued. Some devices directlyfall off after peeling failed samples. Samples are analyzed by means of surface morphologic observation, micro cross section inspection, EBSD analysis, stress analysis, thermal expansion coefficient test and so on. The results show that the presence of thermal mismatch of materials, and a large amount of solder joint defects and the stress concentration accelerate solder joint fatigue failure process, which cause functional failure of PCBA.%某PCBA样品在使用约半年后出现功能失效，该PCBA在封装后进行整体灌胶，将失效样品剥离，发现部分器件直接脱落，通过表面观察、切片分析、EBSD分析、应力分析、热膨胀系数测试等手段对样品进行分析，结果表明：各封装材料存在热失配，且焊点缺陷较多且存在应力集中区，加速焊点的疲劳失效进程，导致PCBA功能失效。
【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2016(034)005【总页数】4页(P71-74)【关键词】EBSD;热疲劳;应力集中;热失配【作者】张伟;王君兆;邓胜良;马聪【作者单位】深圳市美信检测技术股份有限公司，深圳 518000;深圳市美信检测技术股份有限公司，深圳 518000;深圳市美信检测技术股份有限公司，深圳518000;深圳市美信检测技术股份有限公司，深圳 518000【正文语种】中文【中图分类】TB333失效样品为封装后整体灌胶的路灯电源PCBA，该PCBA在使用约半年后出现功能失效，失效比率约10 %，将失效样品的胶剥离后，发现部分二极管直接脱落，脱落二极管的引脚材料为A42（铁镍合金），引脚表面镀铜镀纯锡，PCB焊盘为OSP焊盘。
焊接结构疲劳失效的原因及改善措施办法总结
焊接结构疲劳失效的原因及改善措施办法总结焊接结构疲劳失效是指在长时间的使用过程中，由于受到重复载荷的作用，焊接接头或部件出现疲劳裂纹，最终导致结构失效。
焊接结构疲劳失效的主要原因包括材料质量、焊缝设计不良、焊接工艺不合理等。
下面将就这些问题逐一进行分析，并提出相应的改善措施和办法。
首先，材料质量是影响焊接结构疲劳失效的一个重要因素。
若使用的材料强度较低，容易发生疲劳失效。
此外，若材料存在明显的内部缺陷、气孔、夹杂物等，也会直接影响材料的力学性能，导致焊接接头的强度和疲劳性能下降。
为了改善这一问题，应首先确保选用的材料质量可靠，在焊接前进行严格的材料检查，杜绝存在缺陷的材料使用。
其次，可以通过热处理等方式来提高材料的力学性能和疲劳强度。
其次，焊缝设计不良也是导致焊接结构疲劳失效的原因之一、一般来说，焊缝的形状和大小应根据受力情况进行合理的设计，以保证焊接接头的强度和疲劳寿命。
若焊缝设计不当，容易导致应力集中或者应力分布不均匀，使得焊接接头容易产生裂纹。
改善这一问题的措施包括：合理选择焊缝的形状和尺寸，尽量减少应力集中区的存在；采用多道焊接的方式，提高焊缝的强度和疲劳寿命；增加过渡部位的长度，减小应力集中的程度。
此外，焊接工艺不合理也是导致焊接结构疲劳失效的一个关键因素。
焊接工艺的合理性直接影响焊接接头的质量和疲劳强度。
若焊接参数选择不当，焊接过程中存在较大的热输入或者冷却速度过快等问题，容易导致焊接接头产生裂纹。
为了改善这一问题，应根据焊接接头的特点和使用条件，选择适当的焊接工艺参数。
同时，在焊接过程中，要严格执行焊接规程，保证焊接接头的质量和性能。
综上所述，改善焊接结构疲劳失效的措施和办法包括：选择优质的材料，确保材料的质量可靠；进行合理的焊缝设计，减少应力集中和应力分布不均匀的问题；合理选择焊接工艺参数，保证焊接接头的质量和疲劳强度。
此外，为了及时发现焊接结构的裂纹，可以采用无损检测技术进行定期检查，及时发现问题并采取相应的维修措施。
焊接结构疲劳失效的原因及改善工艺措施总结
焊接结构疲劳失效的原因及改善工艺措施总结1焊接结构疲劳失效的原因焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①客观上讲，焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材，而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。
这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准那么与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低本钱、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向开展的趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。
2焊接结构疲劳失效的要素2.1静载强度对焊接结构疲劳强度的影响在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承当较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。
所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。
但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的S-N曲线，这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。
Maddox研究了屈服点在386-636MPa之间的碳锦钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果说明：材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。
在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。
焊点疲劳失效案例研究
焊点疲劳失效案例研究焊点的疲劳失效主要包括热疲劳和机械疲劳，其中热疲劳占主导因素。
热疲劳源于焊点在工作过程中所承受的热循环负载、功率循环过程等，包含由于热不匹配导致的等温机械疲劳。
研究表明，热疲劳和等温机械疲劳都是一种在疲劳和蠕变交互作用下的失效果过程。
一焊点疲劳失效机理大多数焊点的失效机理是一种蠕变与疲劳损伤的复合积累损伤。
宏观上表现为热疲劳损伤导致在远离焊点中心区的焊料与基板过度区（即高压力区）产生初始裂纹，然后逐渐沿焊料与基板界面扩展至整个焊点长度;微观上表现为热疲劳断口表面有疲劳条纹的特征、晶界微孔洞和蠕变沿晶界断裂的痕迹。
焊点疲劳损伤的过程可以用图1表示。
二引起疲劳的因素产品在装配完成后的运输、使用过程中，焊点是可靠性的薄弱环节，它承担着热学的、电气的、及机械连接等多种作用，并且普遍都会收到准确性的机械应力及蠕变应力，尤其是在航天、航空、航海及车载等产品中更为明显。
这是如果设计不当导致局部应力过大，或者焊料合金在焊接过程中熔融扩散不良（冷焊、偏析），就更加容易发生疲劳失效，从而降低焊点的寿命。
三焊点疲劳失效案例产品经过高温储存和高低温试验后，陆续出现功能失效，失效电容都在放大管的输出链路上，外观可见电容局部烧损，如图2失效电容焊点的焊料中间都可见疲劳裂纹的蔓延（见图3、图4）;不论是否是失效位置，其它的焊点亦都存在焊料晶粒粗大的现象。
失效样品焊点中靠近端还存在较多的空洞，且焊料晶粒粗大，使得其在老化试验过程中比正常焊点更快速地发生疲劳破坏而开裂;而当开裂导致电气连接处面积变小时，电阻变大产生大热量而发生烧损失效。
失效現象先发生在放大管的输出链路上，是因为此处的电流较大，在老化试验过程中受到的应力更大;而其余的焊点同样存在一定的失效风险。
焊点经模拟返工后，焊料晶粒状态有明显改善，显现细小均匀的形貌，说明提高焊热量能够改善晶粒粗大的潜在缺陷。
经查焊接回流曲线中，峰值温度约210℃，处于推荐值的下限，显示原来的焊接工艺温度低、时间长，说明焊接工艺曲线还有较大的优化空间，见图5四总结（1）如果工艺条件不良，焊料合金在焊接过程中熔融容易扩散不均匀，称为偏析。
芯片热失效
芯片热失效一、背景介绍芯片是现代电子产品中不可或缺的组成部分，其性能稳定性和寿命直接影响着整个电子产品的使用体验和寿命。
然而，在长期使用过程中，芯片可能会出现热失效问题，导致其性能下降或甚至失效。
本文将从热失效的定义、原因、表现、预防和解决方案等方面进行详细介绍。
二、热失效的定义热失效是指在芯片长期高温环境下工作时，由于材料内部结构发生变化导致芯片性能下降或者完全失效的问题。
通常情况下，芯片在高温环境下工作时间越长，出现热失效的概率就越大。
三、热失效的原因1.材料老化：芯片内部材料随着时间推移会逐渐老化，导致其性能下降。
2.应力变形：长期高温环境下，芯片内部的应力会发生变化，导致材料受到压缩或张力等变形。
3.金属迁移：在高温环境下，金属元素会发生迁移，并且可能会在芯片内部形成短路或开路等故障。
4.化学反应：芯片内部的材料可能会与周围环境中的化学物质发生反应，导致芯片性能下降。
5.热膨胀：长期高温环境下，芯片内部材料会因为热膨胀而发生变形，导致性能下降。
四、热失效的表现1.电性能下降：在高温环境下工作的芯片，其电性能可能会出现明显的下降，例如输出功率减小、噪声增大等。
2.可靠性下降：长期高温环境下工作的芯片，其可靠性可能会明显下降，例如寿命缩短、故障率增大等。
3.外观变化：在高温环境下工作的芯片，其外观可能会出现明显变化，例如颜色变化、表面氧化等。
五、预防和解决方案1.合理设计：在设计芯片时应该考虑到长期高温环境对于材料的影响，并且采用合适的材料和工艺来提升芯片抗高温能力。
2.严格测试：在芯片生产过程中应该进行严格的高温测试，以保证芯片的质量和可靠性。
3.适当降温：在高温环境下工作的芯片，应该采取适当的降温措施，例如散热器、风扇等。
4.定期维护：长期使用的电子产品应该进行定期维护，并且对于存在热失效风险的芯片应该进行更加频繁的检查和维护。
六、结论热失效是现代电子产品中不可避免的问题，其原因多种多样，预防和解决方案也是多种多样。
PBGA失效原因及质量提升方法
PBGA失效原因及质量提升方法BGA在电子产品中已有广泛的应用，但在实际生产应用中，以PBGA(PLASTIC BALL GRID ARRAY)塑料封装BGA居多。
PBGA最大的缺点是对湿气敏感，如果PBGA吸潮后，在焊接中PBGA极易产生“爆米花”现象，从而导致PBGA失效。
由于BGA返修难度颇大，返修成本高，因此，在SMT制程中，如何提升BGA质量已经越来越受到技术人员及生产工厂的重视。
本文主要针对PBGA失效原因及质量提升方法进行分析，为各类SMT加工厂家提供技术参考。
BGA有不同类型，不同类型的BGA有不同的特点，只有深入了解不同类型BGA的优缺点，才能更好地制定满足BGA制程要求的工艺，才能更好地实现BGA的良好装配，降低BGA的制程成本。
首先，我们来看一下BGA的分类：BGA通常分为三类，每类BGA都有自己独特的特点和优缺点：1、PBGA(PLASTIC BALL GRID ARRAY)塑料封装BGA其优点是：①和环氧树脂电路板热匹配好。
②焊球参与了回流焊接时焊点的形成，对焊球要求宽松。
③贴装时可以通过封装体边缘对中。
④成本低。
⑤电性能好。
其缺点是：对湿气敏感以及焊球面阵的密度比CBGA低2、CBGA(CERAMIC BGA)陶瓷封装BGA其优点是：①封装组件的可靠性高。
②共面性好，焊点形成容易，但焊点不平行度交差。
③对湿气不敏感。
④封装密度高。
其缺点是：①由于热膨胀系数不同，和环氧板的热匹配差，焊点疲劳是主要的失效形式。
②焊球在封装体边缘对准困难。
③封装成本高。
3、TBGA(TAPE BGA)带载BGA其优点是：①尽管在芯片连接中局部存在应力，当总体上同环氧板的热匹配较好。
②贴装是可以通过封装体边缘对准。
③是最为经济的封装形式。
其缺点是：①对湿气敏感。
②对热敏感。
③不同材料的多元回合对可靠性产生不利的影响。
在此我们仅针对PBGA对湿气敏感的缺点，讨论在实际生产过程的相关工艺环节中防止BGA因吸潮而失效的方法。
倒装芯片封装结构中SnAgCu焊点热疲劳寿命预测方法研究_李晓延
倒装芯片封装结构中SnAgCu 焊点热疲劳寿命预测方法研究THERMO -FATIGUE LIFE PREDICTION METHODOLOGIES FORSnAgCu SOLDER JOINTS IN FLIP -CHIP ASSEMBLIES李晓延 王志升(北京工业大学材料学院,北京100022)LI XiaoYan WANG ZhiSheng(School of M ate rials Scienc e and Engineering ,Beijing Unive rsity of Technology ,Beijing 100022,China )摘要 由于焊点区非协调变形导致的热疲劳失效是倒装芯片封装(包括无铅封装)结构的主要失效形式。
到目前为止,仍无公认的焊点寿命和可靠性的评价方法。
文中分别采用双指数和双曲正弦本构模型描述SnAgCu 焊点的变形行为,通过有限元方法计算焊点累积蠕变应变和累积蠕变应变能密度,进而据此预测倒装芯片封装焊点的热疲劳寿命。
通过实验验证,评价上述预测方法的可行性。
结果表明,倒装芯片的寿命可由芯片角焊点的寿命表征;根据累积蠕变应变能密度预测的焊点热疲劳寿命比根据累积蠕变应变预测的焊点热疲劳寿命更接近实测数据;根据累积蠕变应变预测的热疲劳寿命比根据累积蠕变应变能密度预测的热疲劳寿命长;采用双指数本构模型时,预测的焊点热疲劳寿命也较长。
关键词 热疲劳 寿命预测 倒装芯片焊点 无铅化中图分类号 TG407 O346.2 TB114.3A bstract Thermal fatigue failure ,due to the fracture of solder joints which was caused by the mis match deformation ,is frequentl y encountered in flip chip (FC )assemblies .Unfortunately ,there is n o widel y accepted method to evaluate the reliability of solder joints ,especially for lead -free solder joints ,in s uch assemblies up to now .The constitutive models of double power law and the hyperbolic sine law were implemented to simulate the deformation of Sn AgCu solder joints in flip chip assemblies .The accumulated creep strain and ac -cu mulated creep strain energy dens ity of the solder joints were calculated ,via finite element method ,and were use to predict the thermal fatigue life of flip chip assemblies .The applicability of the above life prediction methods was evaluated through cross check of the present results with that of the literatures .It was found that the life of the FC assemblies could be estimated by the prediction of the life of the corner solder joints .The thermal fatigue life ,estimated according to accumulated creep strain energy density is closer to the test data than that of the life estimated according to accumulated creep strain .The life predicated according to accumulated creep strain shown a slightly high value than that predicated accordin g to accumulated creep strain energy density .The double power law constitutive equation results in a higher predicted life .Key words Themo -fatigue ;Life prediction ;Flip chip ;Solder joint ;Lead free Corr es ponding autho r :LI Xiao Yan ,E -mail :xyli @bjut .edu .cnThe project supported b y the National Natural Science Foundation of China (No .50475043),Nature Science Foundation of Beijin g (2052006)and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (No .20040005012).Manuscript received 20060712,in revised form 20060831.1 引言小型化和高密度组装是新一代电子产品的主要特征,倒装芯片(flip chip on board ,FCOB )封装结构的广泛应用正是为了满足上述特征要求,在倒装芯片封装中,硅芯片通过焊点直接安装于玻璃环氧树脂印刷电路基板(printed circuit board ,PCB )上,以确保短的互连电路、高的集成密度和良好的噪音控制。
倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理及其优化方法
倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理及其优化方法
倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理是由于热应力引起的微通孔的脱落。
在倒装焊芯片封装过程中，由于温度梯度和热应力的作用，微通孔附近的焊点容易发生断裂或脱落。
这会导致芯片与封装基板之间的连接松动或断开，从而影响电子设备的正常工作。
为了优化倒装焊芯片封装微通孔的失效机理，可以采取以下几种方法：
1. 改进封装工艺：优化倒装焊芯片封装的工艺参数，如温度控制、加热速率和冷却速率等，以减小热应力对微通孔的影响。
2. 选择适当的封装材料：选择热膨胀系数和弹性模量匹配较好的封装材料，以减小热应力的产生，从而降低微通孔的脱落风险。
3. 引入补偿结构：在封装结构中引入补偿结构，如斜边设计或采用中心补强柱等，以增加结构的刚性和耐热性，从而减小热应力对微通孔的影响。
4. 使用可靠性测试：对倒装焊芯片封装进行可靠性测试，如热循环测试、振动测试和冲击测试等，以评估微通孔的失效机理和优化方法的有效性，并提供指导改进封装设计和工艺。
通过采取以上优化方法，可以减少倒装焊芯片封装微通孔的失
效机理，提高封装结构的可靠性和稳定性，从而提高电子设备的性能和寿命。
焊接接头的热循环疲劳性能分析
焊接接头的热循环疲劳性能分析焊接接头是工程中常见的连接方式，它具有高强度、高刚度和高密封性等优点。
然而，由于焊接接头在使用过程中会受到热循环的影响，其疲劳性能成为了一个重要的研究方向。
本文将对焊接接头的热循环疲劳性能进行分析，并探讨其影响因素和改进方法。
首先，焊接接头的热循环疲劳性能受到多种因素的影响。
其中最主要的因素是焊接过程中产生的热应力。
焊接时，由于焊接区域受到高温热源的加热，会导致接头产生热膨胀，而冷却后又会产生收缩。
这种热应力的交替作用会引起接头的应力集中和塑性变形，从而导致疲劳破坏。
此外，焊接接头的几何形状、材料性能和焊接工艺等因素也会对其疲劳性能产生影响。
其次，为了评估焊接接头的热循环疲劳性能，需要进行一系列试验和数值模拟。
试验方面，可以通过热循环疲劳试验来模拟实际工况下的热循环载荷，通过监测接头的应力、应变和变形等参数来评估其疲劳寿命。
数值模拟方面，可以利用有限元方法建立接头的数学模型，通过求解热传导方程和力学方程来计算接头的温度场和应力场分布。
这些试验和数值模拟的结果可以为进一步分析接头的疲劳性能提供依据。
接下来，我们将讨论焊接接头热循环疲劳性能的改进方法。
首先，可以通过优化焊接工艺来减小焊接接头的热应力。
例如，采用预热和后热处理等方法可以改善接头的组织结构，降低热应力的集中程度。
其次，可以选择合适的焊接材料来提高接头的疲劳寿命。
一些高强度、高韧性的焊接材料可以有效抵抗热循环引起的应力集中和裂纹扩展。
此外，改变接头的几何形状，如增加接头的弯曲半径或采用圆角连接，也可以减小应力集中程度，提高接头的疲劳性能。
最后，需要指出的是，焊接接头的热循环疲劳性能研究是一个复杂而重要的课题。
虽然本文只是对其进行了简要的分析，但仍然可以看出焊接接头的热循环疲劳性能不仅涉及到材料和工艺等方面的问题，还与结构设计和使用条件等因素密切相关。
因此，在实际工程中，需要综合考虑各种因素，并采取合理的措施来提高焊接接头的热循环疲劳性能，以确保其安全可靠地运行。
焊接结构疲劳失效的产生原因与预防措施
ａｘ
ｌ 焊接结构疲劳失效的产生原因
焊缝结构在循环载荷 的作用下 ， 在应力最 大的晶粒
上很 可能形成微裂纹， 然后发展成为宏观裂纹 ， 接着宏 观
理论应力集中系数 的数值越 大， 明焊接结构 的应 说
・
６ ・ ５
力集中现象越严重 ， 对焊接结构 的影响越不利。 然而理论
０ 引言 焊接结构是一种联接各个部件既有效而又经济的连 接方式 ， 具有不 削弱构件截面 、 节省材料、 构造简单 、 易于 加工 、 连接密封性能好 、 刚度较大 、 便于采用 自动化生产等 优点 ， 因此焊接结构在国内外的航天航空、 铁道车辆 、 造船
业、 起重机 、 高层建筑 、 国防等制造领域得到了广泛应用。
由于热源及临近母材的膨胀和收缩受 到低温 区母材 的拘
焊接结构接头的焊缝 区域一般存在着诸如裂纹 、 夹 渣、 、 气孔 咬边和弧坑等焊接缺陷， 这些焊接缺陷是焊接结
构的固有特ｌ 生。这些焊接缺陷对接头的静力性能的影响
一
束作用抑制 ， 导致局部区域发生 了塑性变形 ， 最终在冷却
状态的焊缝接头区域形成独立于外部载荷的 自平衡力系。
影响焊接结构 残余 应力的因素很多， 主要包 图 焊接结构的横向残余应力分布 ３ 括母材加工过程 、 材料属性 、 结构的几何约束条件 、 制造工
序、 焊接顺序 、 焊后处理等 。 １母材在生产制造或加工过程 中， ） 例如铸造 、 锻造 、 轧
接制造过程 中， 在接头部位的焊缝 区、 焊缝和母材熔合 区 及热影响区中常常会出现各种焊接缺陷。按照缺陷所在 位置的不同， 将焊接缺陷分为面缺陷和体缺陷。在焊趾或
危害较为严重 。
PCBA上BGA焊点失效失效分析
PCBA上BGA焊点失效失效分析BGA焊点失效是指BGA芯片与PCBA板上的焊点连接不牢固，导致电连接不良或完全失效的情况。
在PCBA制造和使用过程中，BGA焊点失效可能会引起电路故障、功能缺陷和产品质量问题。
本文将分析BGA焊点失效的原因以及解决方案。
一、BGA焊点失效的主要原因1.温度环境变化：BGA焊点处于多次温度循环中，高温会导致焊点疲劳，冷却后的收缩会引起应力集中，从而导致焊点断裂。
2.力学应力：BGA芯片在工作时，由于温度变化或物理碰撞等原因，会导致BGA芯片和PCBA板之间的力学应力增大，从而损坏焊点。
3.材料差异：焊料和基板的热膨胀系数不同，容易产生热应力，导致焊点断裂。
4.制造工艺不当：焊接过程中焊料粘附不牢固，焊接温度不足或过温，焊接时间过长或过短等制造工艺不当都会导致BGA焊点的失效。
5.设计不合理：PCB设计不合理，如焊点尺寸不合适、焊盘布局不合理等，会造成焊点无法正常连接。
二、BGA焊点失效类型及分析1.焊点疲劳断裂：由于温度变化引起焊点疲劳现象，焊点经过多次温度循环后，焊点材料会发生损伤、破裂，导致焊点失效。
此种情况可通过改进焊接工艺和优化焊料材料等方式进行处理。
2.焊点裂纹：焊点的高温冷却过程中，未能得到充分的冷却时间，导致焊点出现裂纹，影响焊接质量。
此种情况可通过控制焊接温度和冷却速度等方式进行处理。
3.焊点剥离：焊点粘附不牢固，焊盘与焊点之间会出现空隙，从而导致焊点剥离。
此种情况可通过改进焊接工艺和优化焊料粘附性能等方式进行处理。
4.焊点内部孔隙：焊点内部可能存在孔隙或气泡，导致焊点的结构不均匀，容易破裂。
此种情况可通过改进焊接工艺和优化焊料材料等方式进行处理。
5.焊点受污染：焊接过程中可能会受到污染物的侵入，导致焊点质量下降。
此种情况可通过增强焊接工艺的洁净度和环境控制等方式进行处理。
三、BGA焊点失效的解决方案1.优化焊接工艺：通过调整焊接温度、时间和压力等参数，保证焊接的稳定性和可靠性。
(整理)半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨.
半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨芯片到封装体的焊接(粘贴)方法很多，可概括为金属合金焊接法(或称为低熔点焊接法)和树脂粘贴两大类。
它们连接芯片的机理大不相同，必须根据器件的种类和要求进行合理选择。
要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接(粘贴)方法机理和特点，分析影响其可靠性的诸多因素，并在工艺中不断地加以改进。
本文对两大类半导体器件焊接(粘贴)方法的机理进行了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进行了比较，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金-硅合金焊接失效模式及其解决办法。
1、芯片焊接(粘贴)方法及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。
焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。
其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。
树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属(如金或银)形成电和热的良导体。
粘合剂大多采用环氧树脂。
环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。
其过程由液体或粘稠液→凝胶化→固体。
固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。
而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。
掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，这可以避免热应力，但有银迁移的缺点。
近年来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶。
非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。
树脂粘贴法因其操作过程中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。
树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。
树脂在高温下容易分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。
因此它不适于要求在高温下工作或需低粘贴电阻的器件。
IMC厚度对倒装芯片组装微焊点热疲劳寿命的影响
选 取 优 质 倒装 芯 片组 装 开展 热 疲 劳 试 验 。组 装 体 结构 的具 体参 数为 ：硅 芯片 尺寸 为 １０ ｍｍｘｌ０ ｍｍ， 厚 度为 ６００ Ｉ．ｚｍ：ＦＲ４基板 尺 寸 为 １５ ｍｍｘｌ５ ｍｍ；钎 料 成 分 为 Ｓｎ－３．０Ｃｕ一０．５Ａｇ （ＳＡＣ３０５）；焊 点呈 单 排 四周 环绕 式 排列 ，数 目为 １８４个 ，间距 为 １００ ｍ， 高 度 约 为 ８５ ｍ。 微 焊 点 的微 观 形 貌 如 图 １所 示 。 热 循环 试验 条件 为 ：高温 １２５℃ ，低温 一５５℃ ，高低 温 驻 留时 间 ２５ ｍｉｎ．高低 温 转换 速 率 ３６ ｃＩ＝／ｒ ａｉｎ。在 试 验 过 程 中 ．每 ２００个循 环取 出所 有 样 品进 行 电 阻
目前 大 量 文 献 研 究 微 焊 点 经 历 热 循 环 载 荷 后 ． ＩＭＣ层生 长 引起 的焊点 抗 剪强 度 的变 化 ［ ｏ－、焊点 及
收 稿 日期 ：２０１８—０３—２９ 基金项 目：国家 自然科学基 金 （Ｕ１５０４５０７）；河 南省科技厅 国际
合 作 项 目 （１７２１０２４１００２５）
测 ｆｌ｝． 跟 踪 佯 １ｆｔ的 失 效 情 况 ： 每 ４００ 个 衙 环 取 … ４ 个 佯 品 ，Ｊ｛】丁 裂 纹 观 察
崮 １ 倒 装 芯 片 组 装 徽 焊 惠 的 徽 彤 萎兄
１．２ 有 限 兀 摸 ｝ 建 采 『『ｊ有 限 几 分 析 软 什 ＡＮＳＹＳ ｌ３．０对 倒 装 芯 ｝｛ 组
焊点 热 疲 劳 失 效 是 由热 循 环 过 程 中 损 伤 不 断 累 积 引起 的 ．构 建 损伤 尺 度 与 热 循 环 次数 间 的关 系 可 以定 量 预 测 焊 点 的疲 劳 寿 命 ［”］。 因此 ，本 文 基 于有 限元 方 法 。采 用 Ｄａｒｖｅａｕｘ疲 劳 寿命 预 测 模 型 ．构建 累积 塑 性 应 变 能 密度 增 量 这 一 损 伤 尺度 与 热循 环 次 数 间 的关 系 ．定 量分 析 ＩＭＣ厚 度增 大 对 无 铅钎 料倒 装 芯 片组装 微焊 点热 疲劳 寿命 的影 响规 律
芯片 焊点 蠕变 疲劳 模式
芯片焊点蠕变疲劳模式
芯片焊点蠕变疲劳模式是指在芯片与焊点连接的过程中，由于温度变化、机械应力和电流等因素的作用，焊点材料会发生一定程度的变形和疲劳破坏。
这种现象在电子设备中非常常见，特别是在长时间使用或温度变化较大的环境下更为突出。
首先，从物理角度来看，焊点蠕变疲劳模式是由于焊接材料在长期受到温度变化和机械应力的作用下，会发生塑性变形和材料疲劳。
这会导致焊点材料的结构发生变化，甚至出现微裂纹，最终导致焊点的失效。
其次，从工程角度来看，焊点蠕变疲劳模式对于电子设备的可靠性和稳定性会产生重大影响。
一旦焊点发生蠕变疲劳，就可能导致电子设备的性能下降甚至失效，严重影响设备的正常运行。
此外，从应用角度来看，为了减轻焊点蠕变疲劳带来的影响，工程师们通常会采取一些措施，比如优化焊接工艺、选择高质量的焊接材料、加强散热设计等，以提高焊点的耐久性和稳定性。
总的来说，焊点蠕变疲劳模式是电子设备中一个重要的失效模
式，需要在设计和应用过程中引起足够的重视，以确保设备的可靠性和稳定性。
芯片 热失效
芯片热失效引言芯片热失效一直是电子领域中一个重要的技术问题。
在高温环境下，芯片容易出现频繁的故障，甚至无法正常工作。
热失效不仅给电子设备带来了损害，也对生产效率和设备可靠性带来了困扰。
本文将全面探讨芯片热失效的原因、预防方法和解决方案。
芯片热失效的原因芯片在工作过程中会产生大量热量，这是由于电子器件的能量转换和电流流动引起的。
芯片通常由导电材料和绝缘材料组成，导电材料具有较低的电阻，使其能够在电路中传递更多的电流。
然而，由于导电材料的电阻不为零，芯片电流通过时会导致能量损耗和热量产生。
此外，芯片工作温度的升高也会导致芯片内部的能量传输速率增加，导致芯片发热。
温度升高还会引发材料的膨胀和收缩，从而导致芯片内部微细结构的破坏，引发故障。
芯片热失效的影响芯片热失效会在多个方面对电子设备产生严重影响。
1.性能降低：芯片在高温环境下容易出现性能降低，如降低工作速度、增加功耗等。
这不仅会影响设备的性能，还会降低设备的工作效率。
2.故障率上升：芯片在高温环境下容易出现故障，如芯片死亡、电路连接断裂等。
这会导致设备无法正常工作，需要更换或维修芯片，增加维护成本。
3.寿命缩短：芯片在高温环境下工作，会缩短其设计寿命。
高温会导致材料老化，减少芯片的可靠性和使用寿命。
预防芯片热失效的方法为了预防芯片热失效，可以采取以下方法来控制芯片的温度和热量。
1.设计合理的散热系统：在芯片设计过程中，应该考虑到散热问题。
可以采用散热片、散热鳍片等散热装置，增加芯片的散热面积，提高散热效果。
2.使用高温材料：在芯片的制造过程中，可以使用高温材料来提高芯片的耐高温性能。
同时还可以采用特殊的导热材料，提高芯片的导热性能，降低温度。
3.控制供电电压和电流：合理控制芯片的供电电压和电流，可以减少芯片的能量损耗和热量产生。
采用低功耗设计、节能设计等方法，降低芯片的能耗。
4.温度监测和控制：在设备中加入温度传感器，实时监测芯片的温度。
当温度超过一定阈值时，自动启动散热系统或降低芯片工作频率，控制芯片的温度。
芯片 热失效
芯片热失效芯片是现代电子产品中的核心部件，它们广泛应用于计算机、手机、电视、汽车等各种领域。
然而，随着芯片制造工艺的不断发展和集成度的不断提高，芯片热失效问题也变得越来越普遍。
本文将对芯片热失效问题进行详细的介绍和分析。
一、什么是芯片热失效？芯片热失效指的是在高温环境下，芯片内部元器件受到过度加热而导致性能下降或甚至损坏的现象。
这种现象通常发生在长时间运行或高功率负载下。
二、芯片热失效的原因1. 温度过高：当芯片内部温度超过了其设计极限时，会导致内部元器件出现性能下降或损坏。
这种情况通常发生在长时间运行或高功率负载下。
2. 电压过高：当电压过高时，会导致芯片内部元器件受到过度加压而损坏。
3. 寿命老化：随着使用时间的增长，芯片内部元器件会逐渐老化，从而导致性能下降或损坏。
4. 环境因素：芯片的工作环境也会影响其热失效情况。
例如，高温、高湿度、高海拔等环境因素都会加剧芯片的热失效问题。
三、如何预防芯片热失效？1. 优化散热设计：合理的散热设计可以有效降低芯片内部温度，从而减少热失效问题的发生。
例如，在电脑中添加散热风扇或使用散热片等方式可以有效降低CPU温度。
2. 降低功耗：减少芯片功率消耗可以有效降低内部温度，从而减少热失效问题的发生。
例如，在手机中采用省电处理器或优化软件算法等方式可以有效降低功耗。
3. 选择合适的工作环境：避免将芯片置于高温、高湿度、高海拔等恶劣环境中工作，可以有效减少其热失效问题。
4. 增加冗余设计：在芯片内部增加冗余元器件，可以在某些元器件损坏时保证整个系统的正常运行。
这种方法虽然无法完全避免热失效问题的发生，但可以减轻其影响。
四、结论芯片热失效是现代电子产品中普遍存在的问题，它会严重影响产品的性能和寿命。
为了有效预防芯片热失效问题，需要优化散热设计、降低功耗、选择合适的工作环境和增加冗余设计等措施。
只有通过综合应对这些因素，才能有效降低芯片热失效问题的发生率，保障电子产品的正常运行和使用寿命。
芯片热失效
芯片热失效简介芯片热失效是指芯片在工作过程中由于温度过高导致性能下降、功能丧失或甚至损坏的现象。
由于现代电子设备中集成了大量的芯片，芯片热失效对设备的可靠性和稳定性产生重要影响。
本文将从原因、影响和预防措施三个方面进行详细讨论。
原因1.功耗过高：当芯片工作时，会产生一定的功耗，而功耗会转化为热量。
如果芯片在设计或使用过程中出现功耗过高的情况，就会导致温度升高，增加了热失效的风险。
2.散热不良：散热是防止芯片温度升高的关键因素。
如果散热系统设计不合理或存在故障，无法有效地将芯片产生的热量传导到周围环境中，就会造成温度升高而引发热失效。
3.环境温度过高：环境温度是影响芯片工作温度的一个重要因素。
如果设备所处环境温度过高，会增加芯片的工作温度，进而增加了热失效的风险。
4.热点集中：在芯片上存在热点集中的区域，这些区域可能由于功耗较高或散热不良而导致温度升高。
如果这些区域的温度超过了芯片能够承受的极限，就会引发热失效。
影响1.性能下降：当芯片温度升高时，电子元件内部的电阻会发生变化，从而导致芯片性能下降。
例如，时钟频率可能降低、传输速率减慢等。
2.功能丧失：在极端情况下，芯片可能因为温度过高而完全失去功能。
这将导致设备无法正常工作，并可能造成数据丢失或系统崩溃。
3.寿命缩短：芯片在高温环境下工作会加速其老化过程。
长期以来，高温将导致材料膨胀、介质老化、金属迁移等问题，最终缩短芯片的使用寿命。
4.安全隐患：芯片热失效还可能引发安全隐患。
例如，在某些关键应用中，芯片的失效可能导致系统崩溃或故障，从而引发事故或数据泄露等问题。
预防措施1.合理设计：在芯片设计阶段，需要充分考虑功耗、散热和温度控制等因素。
通过优化电路结构、降低功耗和合理布局等方式，减少热失效的风险。
2.散热系统优化：对于高功耗芯片，需要设计有效的散热系统。
这包括使用散热片、风扇、导热材料等来提高散热效率，并确保芯片能够在安全温度范围内工作。
3.温度监测与控制：在关键应用中，可以采用温度传感器来监测芯片温度，并根据实时数据进行温度控制。
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图 1 倒扣芯片中焊点 的微组织粗化( a) 以 及裂缝的典 型位置( b) F ig . 1 M icr ostr uct ur e co ar sening aft er 348 ther mal cycling test ( a ) and cr ack for matio n after failur e ( b) in solder jo ints fo r B ty pe flip chip packages w ith under fill
3 有限元模拟
3. 1 三维几何构型的产生
本文利用 ANSYS 软件建立了 B 型、D 型倒扣 芯片连接器件的三维有限元几何构型. 考虑到对称 性, 模拟时取用倒扣芯片连接封装结构的 1/ 8, 具体 的几何尺寸与实验一致. 图 4( a ) 给出了模拟中有限 元网格, 为了显示焊点, 图 4( b) 给出了其网格细部. D 型 1/ 8 构型有 4518 个元素, 5140 个节点, B 型 1/ 8 构型共有 9390 个元素, 10498 个节点.
本文实验测定了倒扣芯片连接器件有无芯下填 料时 SnPb 焊点的温度循环失效, 并利用三维有限 元模拟研究了芯下填料对焊点寿命的影响, 建立了 半经验 Cof fin-Manso n 方程来预报焊点寿命, 同时 对三维模拟结果和二维模拟结果进行了比较.
2 实验部分
2. 1 实验方法
实验芯片为美国 Flip Chip T echnolog y 公司生 产的倒扣芯片连接试验芯片, 有 B、D 型两种, B 型 芯片的尺寸为 5. 6m m×6. 4mm, 焊球数 96, 焊球间 距 203 m; D 型芯片的尺寸为 6. 3mm ×6. 3mm, 焊 球数 48, 焊球间距 457 m, 两种芯片的焊球均使用 共晶锡铅焊料, 熔点 183℃, 并且焊球均分布于芯片 四周. 实验印刷电路板采用德国 Siem ens 公司生产 的倒扣芯片连接试验用 F R4 印刷电路板, 其焊区为 镀金铜焊盘. 芯片与电路板的焊接采用回流焊工艺, 助焊剂 使用 L R 721H2BG A 免 清洗助焊剂. 芯片设 计使所有焊点连接成串联结构, 在焊接完成后, 通过 电路板上输入输出引线可以完成对焊点的电学测 量. 芯 下填料为美国 Namics 公司生产的 U8437-3 免清洗芯下填料, 并在 150℃固化 20m in.
( 中科院上海微系统与信息技术研究所中德联合实型和 D 型两种倒扣芯片连接器件的焊点温度循环寿命, 运用超声显微镜( C-SA M ) 和 扫描电镜( SEM ) 观察了焊点微结构粗化和裂纹 扩展, 并采用三维有限元模拟方法 分析了焊点在温度 循环条件下的 应力应变 行为. 结合实 验和模拟结果, 建立了预估焊 点疲劳寿命的 Co ffin-M anson 半经验方程, 得到方程 中的系数 C= 5. 54, = - 1. 38. 模拟 给出的焊点中剪切 应变的轴向分布与实 验得到的焊点在 温度循环过 程中的微 结构粗化 一致. 填充芯下填料后的倒扣芯片连接由于胶的机械耦合 作用, 降低 了焊点的剪切变形, 但热失配引 起的器件整体 弯曲增强, 芯片的界面应力增大. 模拟结果与实验观察 完全一致.
第 23 卷第 6 期 2002 年 6 月
半 导 体 学 报
CHIN ESE JOU R NA L O F SEM I CO N DU CT O RS
V o l. 23, N o . 6 June , 2002
倒扣芯片连接焊点的热疲劳失效*
彩 霞 陈 柳 张 群 徐步陆 黄卫东 谢晓明 程兆年
实验共制备 4 组样品, 每组 8 个试样, B 型和 D 型分别有 2 组, 其中一组未使用芯下填料, 另一组使 用芯下填料. 焊点可靠性研究通过温度循环加速疲 劳实验进行. 温度循环实验在德国 Weiss 公司制造 的 T S130 高低 温温度循 环箱中进 行, 温度 范围为 - 55～125℃, 循环周期为 1h/ 周, 其中高低温驻留 时间各 25min, 升、降温时间各 5m in. 在每循环 100 ～200 周后, 取出样品使用高频( 230MH z) 超声显微 镜观察记录焊点损伤和底层填料与芯片间的分层. 同时测量分层百分率, 即分层占总面积的百分比. 并
表 1 四组样品的温度循环实验平均寿命结果 ( 单位: 周) T able 1 M ean therma l cycle lifetimes o f 4 g ro up samples
无芯下填料倒扣芯片连接 有芯下填料倒扣芯片连接
B型 87
2250
D型 131 2050
图 1 给出了实验上观察到的温度循环条件下 B 型充胶焊点 的微观组织情况. 图 1( a) 为温度 循环 348 周后焊点的 SEM 图像, 从中可以观察到明显的 微组织粗化现象. 继续温度循环至失效后观察到焊
分层百分率的测量结果如图 3 所示. 也有样品 在失效时没有观察到明显分层, 分层百分率仅 3% ～4% 左右, 表明在芯下填料与芯片粘合足够好时, 焊点疲劳失效仍是倒扣芯片连接失效的主要原因. 总的来说, 失效时分层百分率有很大的差异, 为 3%
图 4 三维有限元模拟几何构型 F ig . 4 Geo metr y building o f flip chip package in t hr ee-dimensio n
相仿, 二维模拟给出的塑性剪切应变范围, 比三维模 拟低很多.
关键词: 倒扣芯片连接; 芯下填料; 温度循环; 三维有限元模拟 EEACC: 0170J; 0170N ; 8140 中图分类号: T N 306 文献标识码: A 文章编号: 0253-4177( 2002) 06-0660-08
1 引言
电子封装对小型、轻便、高密度、高可靠性的要 求, 导致了芯片倒扣, 芯 片连接于印刷电路板( flip chip on board, F COB) 技术的迅速发展[ 1] . 但是, 焊 点的疲劳损伤是倒扣芯片连接可靠性面临的一个严 重 问 题[ 2～8] , 这 主 要 是 因 为 芯 片 和 印 刷 电 路 板 ( PWB) 之间的热膨胀系数不一致在焊点处引起很 大的塑性形变. 在温度循环加载下, 焊点承受周期性 的剪切应力应变, 最终萌生裂缝并导致焊点的热疲 劳失效. 近年来, 不少作者研究报道[ 3～5] , 如果在芯 片和印刷电路板的焊层空隙中填入一层薄薄的芯下 填料, 可以提高焊点的温度循环寿命 10 倍以上, 甚 至几百倍. 寿命的提高是因为芯下填料耦合了芯片 和印刷电路板, 减小了芯片和印刷电路板的平面相 对位移, 降低了焊点的剪切应变.
至 30% 左右. 反之, 当分层百分率相近时, 焊点寿命 也有很大的差异, 甚至可以相差 1000 周以上.
图 3 B 型倒装焊热循环次数和分层百分率的关系 F ig . 3 Dependence o f delaminatio n per centag e on number o f thermal cycles fo r B ty pe
3. 2 模拟方法 三维模拟分别就 B、D 型倒扣芯片连接无芯下填
料和有芯下填料的情形, 进行了模拟, 其中有芯下填 料时, 引入芯下填料粘弹性模型[ 14] . 对应于四组实验 的模拟分别记为: B8N( D8N ) , B 型( D 型) 无芯下填 料; B8FVE( D8FVE ) 有粘弹性性质的芯下填料.
由于封装构型和材料的复杂性, 倒扣芯片连接 封装中的应力分布很难用解析方法求解. 而数值方 法, 如有限元方法, 已广泛用于应力、应变和形变的 研究. 许多作者使用二维有限元模拟, 同时采用平面 应力或平面应变近似. 二维模型建模简单, 模型的单
元数和节点数较小, 便于模拟计算. 在大 多数情况 下, 二维有限元模拟能给出很好的结果, 包括与实验 相符的应力分布[ 9～11] . 然而, 不可避免的是, 二维的 简化可能给某些预报工作带来误差. Dasgupt a[ 12] 等 人在三维模型和二维模型的计 算中发现, 当 PWB 的弯曲较严重时, 二维模拟给出的塑性剪切应变范 围比三维模型低很多. 另外, 在二维模拟中, PWB 的 尺寸对芯片的热应力和形变是没有影响的, 但在三 维模拟中, 由于三维周边的影响, PW B 尺寸增加时
采用四线电阻法测量样品的电阻以检测样品的焊点 是否失效. 当电阻升高 10% 时认为样品失效. 温度 循环试验结束后, 还对失效样品利用金相分析和扫 描电镜( SEM ) 观察焊点中的晶粒粗化和裂缝传播.
2. 2 实验结果
表 1 给出了温度循环实验后四组样品的平均热 疲劳寿命结果( 样品失效前的循环周次) . 可以看出, 芯下填料的使用增加了 SnP b 焊点的温度循环寿命 近 20 倍.
模拟加载两个温度循环周期. 取 125℃为应力
6 期
彩 霞等: 倒扣芯片连接焊点的热疲劳失效
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自由 状态, 从 125℃高 温开始冷 却降 温, 温度 区间 125～- 55℃, 高低温保持 25m in, 时间步长 150s, 升 降温时间 5min, 时间步长 25s, 速 率是 0. 6℃/ s. 整 个加载过程分为 8 个阶段, 如图 5 左上角所示. 加载 与实验条件相同. 模拟中的边界条件是固定整个构 型底部中心一点, 允许器件整体弯曲.
○c 2002 中国电子学会
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彩 霞等: 倒扣芯片连接焊点的热疲劳失效
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形变阻力增加. 又如, 在可靠性的研究中, 充入芯下 填料能够提高倒扣芯片连接的可靠性, 但同时充胶 工艺会在封装中引入热应力. 芯下填料固化温度较 高, 冷却至室温时, 在芯片与胶的界面会因热膨胀系 数( CT E ) 不匹配产生较高的应力. 有时产生的应力 足以使芯片断裂. 二维模拟无法给出应力在芯片平 面上的分布, 而三维模拟可以对此进行讨论. 文献中 三维有 限元报道 较少[ 13] , 因为建 立三维模 型很费 时, 元素和节点都十分庞大, 且计算时间也很长.