1。5本论文研究的目的，意义和内容

1。5。1研究的目的和意义

 随着电子产品不断趋于小型化的发展，手机越来越薄，电脑越来越小，电子封装技术不得不随之发展来满足生产的需要而不被市场淘汰，电子封装逐渐发展成为了微电子封装。微电子封装中应用最为广泛的BGA封装是源于上个世纪九十年代，由于其高密度，高性能等优点而成为主流产品。BGA（球栅阵列封装）中使用最广的是PBGA封装，PBGA封装即塑封球栅阵列，由芯片、粘结剂、基板、焊点、PCB构成的。通常采用BT树脂／玻璃层压板作为基板，焊球为共晶焊料63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag。

在电子行业中，含铅钎料（主要是 Sn-37Pb 和 Sn-40Pb）已经使用了五十几年了，含铅钎料的优点是成本低，质量轻，在一些操作环境下有较高的可靠性，同时又具有适度的熔化温度，较高的强韧性及热疲劳抗力，并且导电导热性能也能满足要求，这些都有利于在电子行业中大范围应用，其缺点是焊点寿命有限、可靠性较差。但是随着社会文明的发展，人们对保护环境的意识逐渐增强，并且铅具有毒性，大量的使用铅会对人的身体造成伤害同时也会对环境造成严重的污染，所以人们开始研究新的钎料来代替原来的焊点材料，发展无铅电子组装已经成为不可逆转的世界范围内的趋势，无铅化进程是必经之路，无铅芯片热失效和可靠性分析越来越重要。

无铅焊点的优化设计、焊点的可靠性一直是电子封装技术领域解决的重要问题,是决定电子产品质量与发展的基本问题。

1。5。2 研究的内容

本文主要研究的是PBGA封装的热失效和可靠性等方面问题，通过对PBGA器件无铅焊点优化设计与可靠性研究，了解PBGA器件的原理、结构、功能、设计方法等并运用有限元软件使用方法，掌握PBGA器件结构与功能，掌握PBGA结构优化方法，获得可靠性最高的PBGA结构。

本文主要将根据实体的PBGA器件的结构尺寸和材料类型，进行简化，运用有限元分析软件ANSYS，建立PBGA封装的有限元三维模型的四分之一，先确定焊点的直径、数量以及排列，然后建立芯片、粘结剂、基板、PCB板，对五个部分进行布尔运算合并为一个完整的模型，随后对模型进行网格化分，网格越细计算结果越准确，网格划分之后对模型添加XYZ三个方向的约束,随后进行蠕变应变的仿真分析，输入蠕变的计算代码进行运算，得到PBGA封装体各组成部分在热循环载荷条件下的应变分布数据以及分布图。通过观察焊点的应力应变变化趋势,对不同材料的无铅焊点，不同尺寸的无铅焊点进行对比分析,研究无铅焊点的可靠性，从而对PBGA器件进行优化。并于以往文献结果进行比较，证明本文的封装模型可行。

2 电子封装的无铅化趋势及 PBGA 封装简介

2。1 电子元器件无铅化势在必行

从很久之前的古罗马时期开始，我们就已经开始使用焊料了，当时的人们用铅锡焊接水管用来引水，到后来工业的兴起，重工业得到发展，人们用焊料对各器械进行焊接，将它们粘在一起。到当下的电子工业中元器件的焊接封装，全世界每年有两万多吨铅用于电子行业，其中铅锡焊料中的铅是较大用项，社会的发展离不开焊料。

由于铅的成本低廉，所以在现代电子工业中使用范围广，但铅有毒性，会对人体造成伤害，导致神经系统和生育系统紊乱，神经和身体发育迟缓，会对肾脏形成中毒性肾病，对血红蛋白形成障碍，最后导致贫血。由于铅的危害太大，以及人类对社会保护自然环境的呼声越来越高，世界各国已制定法律来控制铅等有毒物质的使用，欧盟与2002年10月完成的WEEE废弃电子电机设备指令2003年2月13日公告危害物质禁用指令（简称RoHs），我国已经开始严格禁止铅的使用，例如：禁止在与任何食品有关的物品中使用铅。