[发明专利]一种BGA器件的焊球优化方法

说明书

本发明属于器件封装技术领域，具体涉及一种BGA器件的焊球优化方法。该方法包括使用有限元分析方法模拟BGA器件焊球在温度循环试验中的热疲劳特性，计算焊球在温度循环中的塑性应变能量密度变化量；使用Darveaux能量疲劳寿命预测模型，根据焊盘直径和塑性应变能量密度变化量，预测BGA器件焊球总的疲劳寿命；预测不同钎料量及下焊盘直径下BGA的焊点形态；以及计算总疲劳寿命最大时的下焊盘直径及对应的钎料量。本发明分析下焊盘直径与BGA器件焊球总疲劳寿命之间的关系，能够找出BGA器件焊球总疲劳寿命最大时，对应的下焊盘直径的最大值及对应的钎料量，由此实现对焊球的优化。

技术领域

本发明属于器件封装技术领域，具体涉及一种BGA器件的焊球优化方法。

背景技术

目前，半导体器件正朝着更小的特征尺寸、更多的门数和芯片I/O数的方向发展。球栅阵列封装(BGA)由于其细节距尺寸及良好的电学和机械特性，成为普遍采用的封装形式。BGA焊球不仅作为器件电学的输入输出媒介，也对器件起着机械支撑的作用。由于其焊球支撑高度比采用其他表面贴装技术要小得多，当焊球处于温度循环负载之下，容易导致焊球的热疲劳，因此有必要对BGA器件的焊球热疲劳失效机理进行深入研究。在工作条件下，BGA焊球经常处于温度循环负载中，长期的温度循环负载会在焊球内产生周期性的应力应变过程，导致焊球的热疲劳失效。加速温度循环试验经常被用来加速热疲劳失效过程，并量化评估焊点的热疲劳性能。对BGA封装可靠性的研究主要是针对连接器件和PCB板的焊球，其失效机理主要是温度循环过程中器件基板和PCB板材料之间的热膨胀系数失配、焊球微结构和金属间化合物层厚度的变化。而未装配的器件从出厂到装配之前要经历一段存储和运输的过程，也会出现焊球疲劳和焊球脱落等失效，产生焊球可靠性问题。因此，研究BGA器件的焊球优化方法，对BGA封装器件的实际应用具有指导意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种BGA器件的焊球优化方法，以解决如何提高BGA焊球的抗热疲劳失效性能的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种BGA器件的焊球优化方法，焊球优化方法包括如下步骤：

S1、使用有限元分析方法模拟BGA器件焊球在温度循环试验中的热疲劳特性，计算焊球在温度循环中的塑性应变能量密度变化量；

S2、使用Darveaux能量疲劳寿命预测模型，根据焊盘直径和塑性应变能量密度变化量，预测BGA器件焊球总疲劳寿命；

S3、预测不同钎料量及下焊盘直径时BGA的焊点形态；

S4、计算总疲劳寿命最大时的下焊盘直径及对应的钎料量。

进一步地，在步骤S1中的温度循环试验中，温度范围为-55℃～125℃，高、低温停留时间分别为10min，升、降温时间各为2min，循环周期为24min，共进行1400次循环。

进一步地，在步骤S1中，通过计算第3个温度循环的塑性应变能的积累量，得出焊球在温度循环中的塑性应变能量密度变化量。

进一步地，在步骤S2中，根据公式N_f＝N₀+N_a，计算焊球总疲劳寿命N_f；其中，

N₀＝7860ΔW

式中，N₀为裂缝的初始化周期，N_a为裂缝的扩展周期，d为焊盘的直径；ΔW为塑性应变能量密度变化量。