[發明專利]一種BGA器件的焊球優化方法

在審

• 申請號: 201811481528.X
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109684680A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 徐藝軒;張楠;朱天成;李鑫
• 申請（專利權）人: 天津津航計算技術研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 祁恒

本發明屬于器件封裝技術領域，具體涉及一種BGA器件的焊球優化方法。該方法包括使用有限元分析方法模擬BGA器件焊球在溫度循環試驗中的熱疲勞特性，計算焊球在溫度循環中的塑性應變能量密度變化量；使用Darveaux能量疲勞壽命預測模型，根據焊盤直徑和塑性應變能量密度變化量，預測BGA器件焊球總的疲勞壽命；預測不同釬料量及下焊盤直徑下BGA的焊點形態；以及計算總疲勞壽命最大時的下焊盤直徑及對應的釬料量。本發明分析下焊盤直徑與BGA器件焊球總疲勞壽命之間的關系，能夠找出BGA器件焊球總疲勞壽命最大時，對應的下焊盤直徑的最大值及對應的釬料量，由此實現對焊球的優化。

技術領域

本發明屬于器件封裝技術領域，具體涉及一種BGA器件的焊球優化方法。

背景技術

目前，半導體器件正朝著更小的特征尺寸、更多的門數和芯片I/O數的方向發展。球柵陣列封裝(BGA)由于其細節距尺寸及良好的電學和機械特性，成為普遍采用的封裝形式。BGA焊球不僅作為器件電學的輸入輸出媒介，也對器件起著機械支撐的作用。由于其焊球支撐高度比采用其他表面貼裝技術要小得多，當焊球處于溫度循環負載之下，容易導致焊球的熱疲勞，因此有必要對BGA器件的焊球熱疲勞失效機理進行深入研究。在工作條件下，BGA焊球經常處于溫度循環負載中，長期的溫度循環負載會在焊球內產生周期性的應力應變過程，導致焊球的熱疲勞失效。加速溫度循環試驗經常被用來加速熱疲勞失效過程，并量化評估焊點的熱疲勞性能。對BGA封裝可靠性的研究主要是針對連接器件和PCB板的焊球，其失效機理主要是溫度循環過程中器件基板和PCB板材料之間的熱膨脹系數失配、焊球微結構和金屬間化合物層厚度的變化。而未裝配的器件從出廠到裝配之前要經歷一段存儲和運輸的過程，也會出現焊球疲勞和焊球脫落等失效，產生焊球可靠性問題。因此，研究BGA器件的焊球優化方法，對BGA封裝器件的實際應用具有指導意義。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種BGA器件的焊球優化方法，以解決如何提高BGA焊球的抗熱疲勞失效性能的技術問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提出一種BGA器件的焊球優化方法，焊球優化方法包括如下步驟：

S1、使用有限元分析方法模擬BGA器件焊球在溫度循環試驗中的熱疲勞特性，計算焊球在溫度循環中的塑性應變能量密度變化量；

S2、使用Darveaux能量疲勞壽命預測模型，根據焊盤直徑和塑性應變能量密度變化量，預測BGA器件焊球總疲勞壽命；

S3、預測不同釬料量及下焊盤直徑時BGA的焊點形態；

S4、計算總疲勞壽命最大時的下焊盤直徑及對應的釬料量。

進一步地，在步驟S1中的溫度循環試驗中，溫度范圍為-55℃～125℃，高、低溫停留時間分別為10min，升、降溫時間各為2min，循環周期為24min，共進行1400次循環。

進一步地，在步驟S1中，通過計算第3個溫度循環的塑性應變能的積累量，得出焊球在溫度循環中的塑性應變能量密度變化量。

進一步地，在步驟S2中，根據公式N_f＝N₀+N_a，計算焊球總疲勞壽命N_f；其中，

N₀＝7860ΔW

式中，N₀為裂縫的初始化周期，N_a為裂縫的擴展周期，d為焊盤的直徑；ΔW為塑性應變能量密度變化量。