陶瓷球栅封装阵列CBGA焊点的热循环失效(2)
时间:2018-07-06 09:20 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
先来看一下传统针脚式连接： (Fig 1.1.3.1) 图示为电子元器件上的针脚，主板对应该元器件的位置应该设置相应的插槽，芯片与主板上的电路的连接正是通过这些针脚实现的。 再来看一下BGA封装： （Fig1.1.3.2) 图为芯片上的球形焊点（焊料一般为Sn和Pb合金）主板上对应位置应有相应的凹点，芯片和主板电路通过这些焊球连接，焊球既可以充当固定作用也可作为I/O端。 (1) I/O端数量很多。芯片与主板的I/O端数量越多，越有助于实现芯片的高性能，而I/O端数量主要由封装主体（即被封装在主板上的电子元器件）面积和引脚的间距决定的。球形焊点完美的同时缩减了引脚间距有效增加了引脚数量。这样做的好处是在同样的面积上使用BGA封装可以安装性能更加强悍的元器件，或者实现同样性能却能够有效缩小主板体积，从而提高了电子产品更加便携性。数据显示，在引脚数量相同的情况下，球形封装尺寸可缩减30%。 (2) 降低了次品率，变向地降低了成本。传统的QFP、PLCC器件的针脚只能分布在芯片的四周引脚数量少，间距大，其引线脚节距规格有1．27mm、1．0mm、0．8mm、0．65mm、0．5mm。随着I／O端数量增加，其引脚节距就必须越来越小。而当引脚节距<0．4mm时，SMT设备的工艺精度就达到要求。另外针脚形状长，质地又软，极易变形，从而经常造成封装失效率的增加。而在BGA封装中，焊球以阵列形式并与基板底部面积粘结，可提供更多的I/O端，标准焊球节距规格为1．5mm、1．27mm、1．0mm，细节距BGA节距规格为0．8mm、0．65mm、0．5mm，现有SMT设备完全可以实现此规格生产，与此同时有效得到了控制，贴装失效率<10ppm。 (3)BGA焊球阵列与基板的接触面积大、焊球相对于针脚电路短，散热性能更好。 (4)BGA阵列焊球的引脚极短，极大地缩短了信号传输电路长度，减小了电感、电阻，因此有效的提升了电路效率。焊球的共面性良好，组装过程中造成的损耗较小。 (5)BGA封装比针脚更加牢固。 1.1.4 BGA的应用 BGA封装由于自身结构的紧凑性和更低的出错率在封装方案中越来越受到重视。在小型电子设备中元器件需要具备大量引脚数量，高密度的板对板的互连以及一系列的独特的要求，激励了BGA互连系统的高速发展。传统的阴阳连接及阴阳一体同属BGA连接器系统。这些系统非常适合两块平行PCB板的封装情况。主要适用情况包括高速路由器，笔记本电脑，智能手机和便携式电子设备。 1.2 国内外研究现状 1.2.1国内研究现状 1.2.2国外研究现状 2 理论背景 2.1焊点的热循环失效 对于任何一个电子设备，即便是个别的焊点出现受损乃至失效的情况，都会对整个设备的精度和正常运行造成巨大的影响。因此，准确模拟焊点失效过程和分析失效机理对保证相关电子产品的可靠性有重要作用。 造成焊点失效的原因有很多，最终的失效大多都是由于焊球内部产生裂纹和扩展造成的断裂。裂纹产生的部位，形状和深度与焊球的位置，材料弹塑性质，应力，温度范围和循环次数都有关系。本文着重对热循环引起的失效作讨论。 在采用BGA封装阵列的电子设备中，电子元件（如：CPU,内存等）在高负荷工作时，产热量很大，另外工作环境相对封闭，散热不足，很容易产生高温，环境温度也随之提高。元件在低载下运作时，功耗大大降低，产生的热量又通过散热模组（如：散热铜管，风扇, 水冷箱等）从结构中散出，芯片和主板的温度随之下降。与球形焊点直接接触的为上下基板，上基板一般为塑料，陶瓷等材料，下基板为PCB板。上下基板材料热膨胀系数不匹配，在温度变化的过程中产生的变形不均等使得焊球体受到挤压。随着热循环次数的增多，焊球内部不断的产生热应力，从而促进了裂纹的产生和发展，最终断裂，导致整个元件失效。 (责任编辑：qin) |