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随着电子信息技术的发展,对微电子封装技术提出了更为严格的要求。BGA、CCGA和CuCGA互连形式作为目前先进的、符合高密度高可靠性要求的面阵列封装结构得到广泛应用,所以完善BGA、CCGA和CuCGA互连结构可靠性的研究具有十分重要的意义。本课题组在开展对以上三种面阵列互连结构形式在剪切载荷和压曲载荷下承载能力对比研究的同时,本文则利用有限元分析软件对焊球阵列、钎料柱阵列和铜柱阵列互连结构形式在热循环载荷下的翘曲变形抗力进行对比,并研究铜柱阵列互连结构形状参数对翘曲变形抗力的影响规律。旨在研究焊球和焊柱阵列互连形式的转变对焊点应力和基板翘曲变形程度的影响规律,为面阵列互连结构的形状参数设计和选择提供依据。由于焊球(柱)阵列连接形式可以被应用于一级、二级封装及晶圆级封装等形式中,会形成两端基板的多种搭配形式,本文针对热循环翘曲变形抗力的对比研究仅以焊球(柱)两端分别为陶瓷基板和FR-4树脂基板为例进行。限于设备运算能力,将互连结构简化为2×2阵列进行研究。热循环温度范围为-40~125℃、升降温速率为5℃/min、高低温保温时间为10 min。研究结果表明:焊球阵列、钎料柱阵列和铜柱阵列互连结构在热循环载荷下会在结构内部产生一定的热应力,应力最大值出现在钎焊圆角处,此处最易萌生裂纹;距结构中心最远处的焊点等效应力最大;在该种基板匹配情况下,树脂基板发生了翘曲变形,并且该翘曲变形随时间和温度呈现周期性变化,变形最大位置出现在树脂基板的四角处。三种阵列互连形式中,焊球阵列互连结构在热循环过程中的焊点应力和基板翘曲变形最大,钎料柱阵列次之,铜柱阵列最小。针对形状参数(焊柱长径比、基板厚度、焊盘中心距)和端头优化对铜柱阵列互连结构热循环翘曲变形抗力的影响分析,研究结果表明:焊点应力和基板翘曲变形随着长径比(4~16)的增加呈现出先增后减的变化趋势,基板翘曲变形在长径比为7时取到最大值,为42.93μm。同时,树脂基板的翘曲最大位移随基板厚度(0.3~1.5 mm)的增加而降低,当基板厚度从0.3mm增加到1.0 mm时,翘曲变形最大位移降低了83.74%(长径比为10)和81.92%(长径比为7)。此外,基板的翘曲变形随着焊盘中心距(2、3、4、5 mm)的增加呈现先增后减的变化趋势,在焊盘中心距为4 mm时翘曲变形取到最大值。Cu柱两端由电火花烧球后压成“球台”形,形成改良后的铜柱栅阵列互连结构,由于应力集中位置由性能薄弱的钎料转变为综合性能优异的Cu,钎焊圆角处应力大为降低,互连结构热循环翘曲变形抗力进一步增加。