通常焊点因为受到应力而产生失效的模式有两种脆性:一种是当焊点受到的应力超过了焊点的强度极限,就会产生脆性断裂。另一种则是因为焊点持续受到应力,累计的损伤超过了焊点所能承受的极限而导致失效。

影响电子产品使用寿命的因素有很多,焊点、封装件的基板构成等都直接影响着电子元器件的使用时间,焊点失效有可能致使整个电子元器件瘫痪。

1。3。1焊点的可靠性

由于焊点很大程度上决定了电子元器件的可靠性以及使用,决定了电子的质量,所以在微电子封装中,通常采用新型的CSP、BGA、MCM、SM组装等新型封装技术,用焊点互连达到不同材料间电气以及机械连接,来使电子元器件的尺寸变小,提高集成度。

焊点是微电子封装结构中最薄弱的部位,数据显示,电子元器件的失效有百分之七十以上都是由于焊点的失效引起的。所以焊点的可靠性对于封装领域是一个至关重要的环节,如何保证焊点的质量,可靠性是一个重要的问题。 

热循环是导致焊点破坏的最常见的原因:当电子元器件在使用过程中,芯片因为不停的运作而产生热量,热量通过封装体传导到焊点上,导致焊点的温度上升。而电子元器件各组成部分的材料不同导致各部分的线膨胀系数不同,所以温度产生变化的时候,两边的封装体就会发生变形产生应力,而处于封装体中间的焊点收到持续的应力也产生变形导致断裂或者被破坏,由于焊点的失效,信号无法通过焊点传递,则导致电子元器件失去作用。 

1。3。2焊点可靠性问题的研究方法

为了研究焊点的可靠性问题,我们通常可以通过试验研究和理论计算两种途径来分析焊点在热循环条件下的热应力应变。

(1)通过应变计、激光全息、光栅云纹等研究方法研究测试样本,对热循环过程中的样本进行应力应变的测量,但是这种办法操作起来有一定的难度,因为我国现有的测试技术有限,只能够对平均或表面进行测量,而且电子封装中焊点通常只有零点几毫米的直径,焊点细小,所以实际操作起来相当的耗时费力。 

(2)第一种方法是实验研究,第二种方法则是理论计算:利用有限元分析来对焊点可靠性进行计算、分析以及研究。通过有限元分析软件例如ANSYS,建立封装三维模型,然后进行仿真模拟分析就能得到我们需要的数据。这类方法的优点是节约大量的时间以及成本,不用去实验室,不用切割真实样品,不需要用高精度的仪器来测量,非常的方便,是运用最为广泛的一种方法。

1。3。2国内外关于焊点的研究现状

1。4微电子封装的寿命预测模型

想要提高电子封装可靠性除了研究焊点的可靠性之外还要对焊点的寿命进行预测,由于焊点的寿命预测问题一直是国际上比较重视的问题,所以国外对这方面的研究比较充实,提出了多种寿命预测模型,而国内对这方面的研究少之又少。寿命预测模型可以分为如下四种类型:第一种是以塑性变形为基础的,在这种模型下的焊点失效是指低周蠕变疲劳失效,这种预测方法在倒装焊的应用中十分有效。第二种是以能量为基础的预测模型,主要应用在各种新型封装中。第三种是以断裂参量为基础的,用断裂力学的方法来研究焊点,分析焊点的可靠性。最后一种是以蠕变变形为基础的预测,其影响因素很多,所以相对比较复杂,至今仍然没有模型能完全的预测出其整个蠕变过程。四种寿命预测模型中,以塑性变形为基础和以蠕变变形为基础的寿命预测方法又称为有效应变法。在分析过程我们可以发现,对寿命影响最大的因素是模型的材料参数和形状尺寸大小。

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