多芯片组件（mcm）焊点可靠性的有限元模拟与寿命的预测

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1、中文摘要为适应集成电路的发展，以满足电子产品在大功率、高速度、高密度、高精度和高可靠性等方面的需要，电子封装在保证可靠性的前提下，提高速度、提高功率、提高散热能力、增加I／0数、减少尺寸和降低成本，也向着高密度方向发展。多芯片组件(MCM)作为电子封装技术中的一种新型封装形式，倍受电子工业界的关注，而焊点可靠性问题是发展MCM技术的关键影响因素之一。焊点的可靠性问题是电子封装技术领域亟待解决的重要课题，是决定电子产品质量与发展的基本问题。实践证明，热作用是封装组件失效破坏的主导因素，因此对热循环条件下的焊点可靠性进行研究有着非常重要的意义。本课题选择无铅钎料Sn3．5Ago．75C

2、u作为MCM焊点材料，利用ANSYS有限元软件建立MCM的三维条形模型；基于统一型粘塑性Anand本构方程，进行一55"C～125℃热循环模拟。确定了MCM中最危险的焊点部位以及该焊点中最危险区域，分析了无铅钎料Sn3．5A．gO．75Cu焊点在热循环过程中的应力应变分布和变化规律，使用Darveaux方程预测了焊点的热疲劳寿命，并与63Sn37Pb钎料的焊点热疲劳寿命作了对比，对无铅钎料Sn3．5A90．75Cu焊点可靠性做了评定。研究发现：在MCM组件经热循环后，最危险的组件为小芯片；在小芯片上，最危险的部位为小芯片的边缘。在同一芯片下，焊点的等效变形、等效应力、等效应变，从所

3、在芯片中心向边缘逐渐增大。最危险的焊点是小芯片下离小芯片中心最远的焊点。焊点的应力应变的最大区域是与上下焊盘连接的区域，最危险的部位位于焊点与芯片上边焊盘连接的拐角处，裂纹就是从这里开始产生，并逐渐向里扩展，延伸到整个焊点。非弹性应变在升降温阶段积累明显，在保温阶段积累不明显，这是温度和应力综合作用的结果。在高温保温阶段，应力水平相对较低，应变的积累不明显；而在低温保温阶段，应力虽然较高，但温度较低，非弹性应变也不明显。因此，升降温对焊点的寿命影响至关重要。本文选用以能量为基础的Darveaux寿命预测模型，预测了无铅钎料Sn3．5AgO．75Cu焊点初始产生裂纹的循环次数和焊点的

4、热疲劳寿命，并和63Sn37Pb钎料的焊点热疲劳寿命作了对比，结果表明无铅钎料Sn3．5A90．75Cu焊点的热疲劳寿命大于63Sn37Pb钎料焊点的热疲劳寿命。关键词：多芯片组件；焊点可靠性；热循环；无铅钎料；热疲劳寿命ABSTRACTInordertoadaptthedevelopmentoftheintegratedcircuit,electronico砌uc60nsmustsarisfytherequestsofbigpower,highspeed，highdensity，highprecision,highreliabilityetc．Electronicpackages

5、developinthedirectionofhi吐densitywithensuringthehighreliability．Packagingteehnologiesarechangingatanevermorerapidpace．ICpackagesalebecomingsmallerinsize，fasterinspeed，high盯inpower,strongerineliminationoftheheatandlowercost．Inadditiontothese．thenumbersofelectricalinterconnection(I／o)iIlICpackag

6、eshavebeenmaximized．mmulti．chipmodule(MCM)isoneofDewelectronicpackagesmadgetsattentionfromthepeopleinelectronicIndustries．Howacer,thereli曲ilityofthesolderjointisoneofthekeyfactorsduringthedevelopmentofMCM．Theproblemsaboutthereliabilityofthesolder；ointareimportantandurgingtosolveintheelectronic

7、pacl【age．Thereliabilityofthesolderjointdecidesthequalityanddevelopmentofeleda'orileproduction．Infact,heatisthemainreasonforthefailureofelectronicpackage．Sothereliabilitystudyofthesolderjointisveryimportantundertheconditionofthermalrecyc