無鉛BGA封裝跌落沖擊動態(tài)響應和失效分析.pdf

1、由于人們對便攜式電子產(chǎn)品日益增加的需求以及無鉛焊料的強制使用，焊點跌落碰擊可靠性已經(jīng)成為支撐便攜式電子產(chǎn)品行業(yè)的重要挑戰(zhàn)之一。研究無鉛焊點在跌落沖擊載荷下的動態(tài)響應具有重要意義。
　　通過板級跌落碰撞實驗對比分析跌落沖擊下無鉛焊點和錫鉛焊點的破壞行為。設計跌落實驗所用的試件和實驗方案，監(jiān)測跌落過程中PCB中心的應變信號和焊點的動態(tài)電壓。采用染色法標記焊點的破壞形貌。實驗結果表明錫鉛和無鉛BGA封裝均為最外圍拐角焊點靠近PCB側(cè)最先

2、發(fā)生失效;錫鉛焊點的破壞為韌性斷裂，無鉛焊料發(fā)生脆性破壞;從染色圖中可以看出錫鉛焊點的破壞模式為焊盤的斷裂，而無鉛焊點失效模式為IMC層的脆性破壞。焊點的失效機理為封裝和PCB板的彎曲剛度存在差異，當PCB朝下發(fā)生彎曲時，最外圍焊點承受拉應力;PCB朝上發(fā)生彎曲時，最外圍焊點承受壓應力。跌落過程中，隨著PCB反復彎曲，最外圍焊點拉壓應力交錯產(chǎn)生，從而使焊點產(chǎn)生裂紋最終完全失效。
　　采用ABAQUS隱式動態(tài)分析法計算無鉛BGA封裝

3、跌落碰撞動態(tài)響應。建立BGA封裝三維有限元模型，載荷選取JEDEC標準工況B，載荷施加采用Input-G法，邊界條件為寬度方向水平位移約束。對BGA封裝進行有限元模態(tài)分析，研究其各階模態(tài)的振型和頻率。模擬結果表明，PCB中心長度方向應變的模擬曲線與實驗曲線基本重合，應力最大值出現(xiàn)在最外圍拐角靠近PCB側(cè)，與實驗結果相符。說明所建模型的正確性。PCB撓度曲線為正弦曲線，表明PCB板在跌落碰撞時發(fā)生上下彎曲。跌落沖擊載荷下BGA封裝振動變形

4、，第一階模態(tài)是主要的，高階模態(tài)影響較小。最外圍拐角焊點的各應力中，垂直于PCB板方向正應力，即剝離應力，遠大于其他應力，是導致焊點產(chǎn)生裂紋的主要原因。
　　有限元模型建立正確的基礎上，對外圍尺寸相同的三種不同的焊點分布進行分析。結果表明:三種不同的分布，Mises應力最大焊點均為最外圍拐角焊點，最外圍橫向焊點的應力明顯小于對應縱向焊點的應力;不同焊點分布對PCB撓度影響較小;對于全陣列的焊點分布，在相同跌落沖擊載荷下，密度小的焊點