BGA混合焊点在热循环负载下的可靠性研究

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目前,国内的电子制造业正处于从有铅到无铅的转换时期,在此期间不可避免会碰到两种混合焊点情况,即有铅焊料与无铅元器件焊接形成的向后兼容焊点和无铅焊料与有铅元器件焊接形成的向前兼容焊点。因此,有必要对这两种混合焊点进行可靠性分析。论文主要结合理论分析、试验研究和计算机仿真等方法研究了BGA混合焊点在热循环负载下的可靠性。  论文结合BGA混合焊点的主要可靠性问题,详细分析了其主要失效形式及其失效机理,并且介绍了“无铅”焊点中的“铅污染”问题,发现“铅污染”问题主要体现在熔点温度的降低和焊点寿命的损失等方面。在理论分析的基础上,采用加速温度循环试验和剪切试验等方法评估了BGA混合焊点在热循环负载下的可靠性。试验结果表明,BGA混合焊点有焊点开裂和空洞等两种失效形式,并且无铅焊点和两种混合焊点的平均剪切强度都比有铅焊点高。为了更精确的评估BGA混合焊点在热循环负载下的可靠性,特利用ANSYS有限元分析软件对BGA混合焊点进行了应力应变分析和热疲劳寿命预测。模拟分析结果表明,无铅焊点、向前兼容焊点和均匀微观结构的向后兼容焊点的热疲劳寿命要比有铅焊点长,非均匀微观结构的向后兼容焊点的热疲劳寿命却比有铅焊点短。  通过试验研究和计算机仿真,验证了只要BGA焊球和焊料能够充分熔合,形成微观结构均匀的焊点,两种混合焊点都是可行的。全文的研究成果,对于深入了解BGA混合焊点的失效机理,充分评估BGA混合焊点在热循环负载下的可靠性和精确预测BGA混合焊点的热疲劳寿命等都有着重要意义。论文提出的混合焊点的较佳回流工艺重要参数,不仅对于当前的过渡时期有着重要的参考价值,而且对纯无铅焊接,特别是异材间的焊接也具有一定的指导意义。
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