CBGA热循环作用下组织演化与损伤的研究（Microstructural evolution and damage of ceramic ball grid array under thermal cycling）

IMR OpenIR

	CBGA热循环作用下组织演化与损伤的研究（Microstructural evolution and damage of ceramic ball grid array under thermal cycling）
	王薇
学位类型	硕士
导师	冼爱平
	2006-06-14
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料加工工程
关键词	陶瓷球栅阵列封装热循环有限元法疲劳裂纹可靠性
摘要	由于陶瓷球栅阵列封装(CBGA)结构中陶瓷芯片、印刷线路板与焊点之间的热膨胀系数有很大的差异，在电子器件实际服役条件下，当环境温度变化或频繁开关时很容易在焊点内产生往复作用的应力。这种周期性作用的应力造成了焊点的疲劳失效，研究表明，电子器件的失效中60 ％以上是由于焊点失效引起的，而这些焊点失效的原因大多是因为温度循环的作用。本文对电子封装CBGA结构中焊点在热循环作用下组织的演化和损伤进行了研究。实验采用了贴近实际服役条件的热循环曲线，分析了热循环引起的利用Sn-3.0Ag-0.5Cu焊膏焊接的CBGA结构中焊点横截面的组织变化、断面的组织观察、裂纹的萌生位置和扩展路径；用有限元模拟的方法对CBGA结构进行了应力应变分析和寿命预测。结果表明：1. 热循环后，Cu焊盘处的金属间化合物由只有Cu6Sn5发展为Cu6Sn5 和Cu3Sn两种，Cu3Sn位于Cu6Sn5/Cu界面之间；Ag焊盘处的金属间化合物为Ag3Sn。随着热循环周次的增加，金属间化合物均增厚，但增厚速度逐渐降低；2. 随着热循环的进行，疲劳裂纹开始在焊点的边角位置产生，并且沿着焊球内部或金属间化合物/焊球的界面处扩展；3. 有限元模拟结果指出裂纹萌生位置处的应力最大，并相对集中，成为整个结构的薄弱环节；利用滞后回线和Coffin-Manson方程计算得出的疲劳寿命预测值与热循环实验结果一致；4.断口观察发现为韧性断裂方式，在断口处存在由于剪切过载而产生的条纹组织。实验还分析了利用Sn-58Bi焊膏焊接的CBGA结构热循环可靠性。结果表明：热循环后Cu焊盘和Ag焊盘处金属间化合物的组织变化和裂纹的萌生位置与上述相同，不同的是裂纹的扩展路径是沿着Ag焊盘与陶瓷芯片基体的界面扩展或者在Sn-Bi焊膏内部扩展。另外，初步研究了CBGA结构在热电耦合场作用下焊点的可靠性。
页数	85
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16985
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王薇. CBGA热循环作用下组织演化与损伤的研究（Microstructural evolution and damage of ceramic ball grid array under thermal cycling）[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.