球栅阵列尺寸封装的有限元法模拟及焊点的寿命预测分析

目前微电子球栅阵列尺寸封装(BGA／CSP)正成为高端IC封装的主流技术。而焊点可靠性问题是发展BGA／CSP技术需解决的关键问题之一。实践证明热作用是芯片封装组件失效破坏的主导因素，因此热循环条件下的焊点可靠性研究有着非常重要的意义。为此，本文基于大型商用有限元软件ANSYS，对BGA／CSP形式的封装进行模拟，并在此基础上对多种情况进行对比分析，以此来评价各种因素对其可靠性的影响，从而来提高该封装的可靠性。本文又在焊点本构模型的构建方面作了一个尝试，以此为能对焊球找到一种更好的描述奠定基础。 本文首先对芯片封装及其可靠性分析方法及现状进行了概述，并对相关理论方法作了介绍。随后，通过参数化编程建立典型结构的BGA／CSP形式封装的三维模型，对此进行了应力、应变分析，并作了寿命预测。接着，又在上述分析的基础上，比较了同种封装的不同模型(如条形模型，1／4模型，1／8模型)、相同焊球材料的不同本构模型、不同寿命预测模型、不同焊球尺寸及网格密度等方面对寿命预测的影响。最后本文综合了两种典型的焊球本构方程构建了新的本构模型，再通过不同算法(如最小二乘法、遗传算法、试凑法)对焊球材料进行了曲线拟合，并对此作了比较分析。 本文针对相关问题，通过FORTRAN语言和ANSYS软件自带的程序设计语言(APDL)作了二次开发，编写了相关程序，从而能够更方便、更高效地利用ANSYS有限元软件来实现芯片封装的模拟分析。