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PBGA封装是应用最为广泛的一种BGA封装,而PBGA的可靠性也就是使用寿命和封装体在热循环过程中受到的等效应变关系非常大,所以研究封装体的整体应变就很有意义。
本文首先介绍了PBGA封装的结构以及PBGA封装体的一般失效机理,然后通过应变计实验来实时测量了PBGA封装体结构中BT基板和PCB电路板表面在热循环温度0℃~100℃条件下的应变变化情况;并利用ANSYS建立了样品PBGA封装的八分之一的模型,对其加载和实验相同的热循环条件,分析了封装体在热循环过程中的应力应变特性,并通过Darveaux寿命模型预测了封装体的寿命,然后将模拟和实验结果进行对比分析;最后利用ANSYS建立条状模型研究了升降温速率和保温时间对PBGA封装寿命的影响。
实验研究结果表明封装体的封胶和PCB板在热循环情况下总体的应变变化趋势是一致的,在低温时应变达到最大值,高温时应变是最小值,保温时间应变变化不大;模拟的结果还表明由于封装体本身各材料之间的热膨胀系数(CTE)不同,结构会产生热应力和应力集中现象,当强度低于热应力时候就会发生失效。封装整体变形位移最大在PCB板上,而整体封装应力应变最大发生在芯片边缘区域,靠近环氧树脂填充物和填胶,对焊球阵列来说,应力应变最大发生在靠近外侧焊球上,两个热循环后应力应变环就趋于平稳,而模拟封装体表面的应变分布结果和实验的热循环试验结果对比,结果基本一致;借助以能量为基础的疲劳模型对封装整体寿命分析计算,和前人的实验结果相比较,结果基本一致。
最后建立了条状模型分析了不同热循环参数对封装寿命的影响,得到了保温时间对封装寿命的影响要比升降温时间对寿命的影响大,但是当保温时间超过20分钟时增加的保温时间对封装寿命的影响就很小了。