BGA封裝在電子元器件中的互連、信息傳輸?shù)确矫嫫鹬匾饔?，研究封裝元件的可靠性以及內(nèi)部焊點(diǎn)在高溫、高濕、高壓等極限條件下的穩(wěn)定性顯得尤為重要。下面，我們使用高速溫度沖擊熱流儀，分析封裝元件在熱沖擊下的塑性變形和應(yīng)力分布。
試驗(yàn)設(shè)備：環(huán)儀儀器 高速溫度沖擊熱流儀
試驗(yàn)設(shè)計(jì)：
1.設(shè)定單個(gè)循環(huán)的參數(shù)：0s時(shí)的初始溫度為-65℃。此時(shí)假定封裝元件內(nèi)是溫度平衡的，不考慮殘余應(yīng)力。
2.溫度變化設(shè)置：在0~120s，維持-65℃；在120~130s，由-65℃線性升高到150℃；在130~250s，保持150℃。
試驗(yàn)結(jié)果分析：
應(yīng)力最大值出現(xiàn)在下層芯片上，最大值為222.18MPa,其余部分應(yīng)力值較小，均在20MPa以內(nèi)，說明下層芯片及其焊點(diǎn)在熱沖擊下所受的影響較大，承受了較大應(yīng)力，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該著重考慮該部分材料的應(yīng)變率、應(yīng)變硬化等特征。同時(shí)，下層芯片整體所受應(yīng)力值隨熱沖擊試驗(yàn)時(shí)間的增加而增大，并在120s左右達(dá)到最大值，其值為222.18MPa，隨后逐漸下降，最終穩(wěn)定在 200 MPa左右。
部模型應(yīng)力分布圖：
力最大值隨時(shí)間變化情況圖：
按一個(gè)熱沖擊循環(huán)周次為250s計(jì)算，運(yùn)行至6.29天時(shí)出現(xiàn)疲勞失效。對(duì)元件進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，在試驗(yàn)第7天出現(xiàn)破裂，元件破壞情況如下圖所示，破壞位置在外殼棱邊中部，表現(xiàn)為內(nèi)容物溢出。
試驗(yàn)結(jié)論：
1.在熱沖擊極限載荷下，封裝元件的溫度呈現(xiàn)對(duì)稱分布，表面溫度與內(nèi)部溫度差較大，約為15℃；最大變形為0.038mm，最大變形位置為外側(cè)鍍膜處。
2.最大應(yīng)力為222.18MPa，內(nèi)部其余部分的應(yīng)力值為20MPa左右。對(duì)于內(nèi)部焊點(diǎn)，最大應(yīng)力為19.02MPa（250s）， 應(yīng)力最大位置在錫球下方邊緣，預(yù)估其疲勞壽命為6.29天。
如需了解更多高速溫度沖擊熱流儀的試驗(yàn)方案，可以咨詢環(huán)儀儀器相關(guān)技術(shù)人員。
