隨著時代的進步，微電子產(chǎn)品向便攜化、小型化和高性能方向發(fā)展，BGA（Ball Grid Array）封裝已成為最先進的封裝技術(shù)之一。然而，BGA封裝面臨的主要技術(shù)瓶頸在于電子產(chǎn)品的使用過程中，芯片會產(chǎn)生很多的熱量，使得封裝系統(tǒng)組件溫度升高；由于封裝材料的膨脹系數(shù)不同，溫差變化會使得封裝整體受到熱應力沖擊。在封裝整體焊點的強度較低時，不斷的熱應力沖擊會使焊點產(chǎn)生裂紋，久而久之會導致封裝整體失效。此外，隨著便攜式電子產(chǎn)品的不斷普及，BGA互連焊點將承受高的應變速率損傷（如跌落損傷），這也造成了新的焊點失效模式。

小編認為，針對簡化的BGA封裝體結(jié)構(gòu)（主要包括芯片、Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球以及基板等），利用有限元法對其溫度場、熱應力應變以及不同剪切速率下的剪切行為進行了模擬分析，也可進行相關(guān)的實驗驗證，從而為BGA封裝體因溫度、熱應力、疲勞以及振動沖擊所產(chǎn)生的諸多問題以及電子產(chǎn)品的可靠性分析提供了理論基礎(chǔ)和實驗數(shù)據(jù)。

在溫度場分析方面，對焊球分別通入電流（I_1=0.5A、I_2=1.5A、I_3=2.5A）后，模擬和實驗結(jié)果均表明，BGA封裝焊點兩側(cè)的芯片端和基板端的溫度都隨著加載電流的增大而增大，并且滿足拋物線規(guī)律；在假設芯片為唯一發(fā)熱源（功率大小為0.1W）并考慮整個封裝體內(nèi)部以及與外界的熱傳導和對流的條件下，3-D與2-DBGA封裝溫度場模擬結(jié)果均表明：焊球的溫度較高，基本和芯片的溫度相接近，基板的溫度較低，這是由于基板的導熱系數(shù)與芯片和焊球相差太大的緣故。在熱應力分析方面，不論在穩(wěn)態(tài)溫度場還是熱循環(huán)條件（-40～125℃）下，BGA封裝整體尤其是焊球內(nèi)都有大的位移變化以及應力應變集中，這主要是由于封裝體內(nèi)各組件材料熱膨脹系數(shù)不匹配的緣故。根據(jù)Coffin-Manson方程，溫度循環(huán)條件下的Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛焊球的最短熱疲勞壽命約為704cycles。

利用SEM觀察分析了不同時效時間時的界面IMC的厚度及形態(tài)，并在不同剪切速率下（≤10mm/s）對BGA球進行剪切性能測試和模擬。實驗結(jié)果表明，隨著時效時間的延長，Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的厚度不斷增加，界面形貌由時效前的貝狀變?yōu)檫B續(xù)平坦的層狀，焊球的剪切強度逐漸減小；隨著剪切速率的增加，焊球的剪切強度增大，并且隨著剪切高度的增加，焊球的剪切強度減小。

封裝可靠性評價是鑒定需要重點考核的工作項目。新型封裝應用于型號整機前，其可靠性應針對應用的環(huán)境特點以及整機對可靠性的要求進行評價和驗證。如標準JEDEC-JEP150是從器件級和器件裝聯(lián)后兩個層級，主要通過HAST和其它試驗項目實現(xiàn)對smt貼裝器件封裝的可靠性評價。

同樣，對于集成電路封裝的可靠性評價，也需要從器件封裝自身和裝聯(lián)后器件可靠性兩個維度開展。器件封裝自身的評價，主要應從封裝的設計、結(jié)構(gòu)、材料和工藝等方面進行檢測評價和計算機仿真分析；而器件裝聯(lián)后的封裝可靠性評價，主要通過在環(huán)境、機械等應力作用下和計算機仿真分析來評價整機的可靠性。同時，不同封裝對電裝工藝的需求也不盡相同，smt貼片打樣廠商需要根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)的特點，進行裝聯(lián)工藝的適應性分析。

編輯：hfy