热循环加载下电子封装结构的疲劳寿命预测

刘江南 ,王俊勇 ,王玉斌

(1.西南交通大学 机械工程学院,四川 成都 610031;2.中车株洲电力机车研究所有限公司,湖南 株洲 412001)

美国空军某研究机构曾对电子设备的失效原因进行过概率统计,结果表明温度造成的失效是电子设备失效的最主要原因,其比例高达40%[1]。电子产品在服役期间,通常会经受电路的周期性通断以及温度急剧变化等情况,此时组件的温度载荷表现出周期性变化,这种周期性变化的温度载荷称为热循环载荷。封装结构在热循环的加载下,由于各组件材料间的热膨胀系数(CTE)不同,交变热应力不断作用于焊接部位,导致疲劳裂纹的萌生、扩展直至焊点断裂,致使电子设备失效[2]。

近十年来,美国、新加坡等发达国家通过创办专项基金大力支持微电子封装领域的可靠性研究,电子产品的可靠性成为研究热点。维持与提高产品的可靠性,成为国内外微电子行业中亟需解决的难题。林健等[3]使用试验分析方法,选用了两种不同的钎料以及两种不同尺寸的焊盘进行热循环试验。通过观察焊点截面上的裂纹萌生及扩展过程,研究了电子封装焊点结构在热疲劳过程中的疲劳裂纹扩展规律。宜紫薇[4]对某型号PCB 精细化建模,将63Sn37Pb 视为黏塑性材料,运用Coffin-Manson 高周疲劳经验公式预测随机振动载荷下的结构疲劳寿命;并基于Darveaux 模型预测PCB 在热循环加载下的热疲劳寿命;最后应用Miner 累积损伤理论,预测了模型在热循环与随机振动共同加载下的寿命。……