文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
SMT焊点的可靠性研究及CBGA焊点有限元分析
姓名:胡永芳
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:薛松柏
20060301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
表面组装技术焊点的可靠性问题是电子产品能够广泛应用的关键问题。本文
针对某型号产品对元器件的要求,从 QFP、PBGA 到 CBGA 焊点的可靠性进行
了系统的研究。
利用微焊点强度测试仪(STR-1000)对 QFP 焊点进行抗拉强度的测试,研究
了引脚数、焊膏成分(选择 SnPb 和 SnAgCu 焊膏为代表)对其力学性能的影响,
借助扫描电子显微镜对焊点断裂处的形貌进行了分析。结果表明:在相同引脚数
的条件下,SnAgCu焊膏的 QFP 焊点抗拉强度大于 SnPb 焊膏的 QFP 焊点抗拉强
度;在焊膏成分相同时,100 引脚 QFP 焊点的强度大于 48 引脚 QFP 焊点的强度。
PBGA 封装(为塑料封装)克服了 QFP 焊点细间距的缺点,但是其焊点质量的
检测方法研究仍未成熟。用 X 射线对一系列 PBGA 焊点进行检测,采用微焊点
强度测试仪研究了微焊点的抗剪强度,并对不同直径的 PBGA 焊点的抗剪强度
进行了比较。研究结果表明:在相同条件下,PBGA 球直径越大,抗剪强度值越
小;共晶钎料 PBGA 焊点的抗剪强度比锡铅合金钎料自身的抗剪强度大。
CBGA 封装克服了 PBGA 封装(为塑料封装)容易吸潮的缺点,但是其焊点的
可靠性仍为重要的研究对象。按照美国军用标准,对 CBGA 封装焊点进行热循
环试验。研究发现:CBGA 焊点热循环达到 170 次时,在焊点的下界面开始产生
裂纹并沿晶界扩展;随着热循环次数的增加,焊点的上界面也逐渐出现裂纹,热
循环达到 240 次时失效。随着热循环次数的增加,CBGA 封装焊点的晶粒逐渐长
大,金属化合物层增厚,焊点的抗剪强度随着热循环次数的增加而下降。
在 CBGA 封装焊点试验研究的基础之上,采用 ANSYS 软件对焊点进行了
2D 和 3D 的有限元分析。结果表明:温度载荷下焊点的应力应变随着时间均产
生动态变化,焊点的应力应变呈周期性变化规律。焊点的应力集中在焊点的最下
端,即在焊点与基板界面首先出现裂纹,随着循环次数的增加,在焊点的上界面
也逐渐出现裂纹。2D 分析模拟与大多数理论分析结果一致,3D 计算结果与实际
测试结果基本吻合,研究结果对某型号产品寿命预测以及电子行业产品寿命评价
有着较好的理论指导意义。

关键词:可靠性强度有限元裂纹应力应变
I
SMT 焊点的可靠性研究及 CBGA 焊点有限元分析
ABSTRACT
The reliability of soldered joints of electronic devices in surface mount
technology is a key factor for the extensive application of electronic products.
Therefore, aimed at meeting the needs of ponents and devices for some type
military products, the reliability of soldered joints of QFP, PBGA and CBGA have
been studied in considerable detail.
The tensile strengths of QFP joints were tested by means of STR-1000
Micro-joints Tester and the effects of pitch numbers, solder position (SnPb
paste and SnAgCu paste) on the mechanical properties of QFP joints were studied and
the fracture micrograph of joints was also analyzed by means of SEM. The results
indicate that under the condition of same pitch numbers, the tensile strength of the
QFP joints soldered with SnAgCu solder paste is higher than th