QFP焊点可靠性研究
Anand本构方程在焊点可靠性研究中的应用
Anand本构方程在焊点可靠性研究中的应用王旭艳;徐仁春;刘刚【摘要】焊点可靠性直接决定了电子产品的使用寿命.因此,在微电子领域,对焊点可靠性提出了更高的要求.有限元模拟技术是研究焊点可靠性的重要手段.综合评述了一种统一了蠕变和塑性变形的非线性本构方程-Anand本构模型；概述了其发展演变过程及研究现状；介绍了该本构方程中9个参数的计算规则,并进一步分析了目前国内外对于本构方程参数的确定以及进一步的改进情况.在焊点可靠性研究方面,评论了该模型在无铅QFP、BGA焊点应力-应变分析及焊点疲劳寿命预测方面的应用,为焊点可靠性的研究提供了理论指导.同时,为了更好的研究无铅焊点的可靠性,对该模型的构建及修正提出了新的需求.%Service life of the electronics is decided by the reliability of solder joint .therefore,higher reliability of the solder joint is required in the field of micro-electronics.Finite Element Modeling technology is an important method to study the reliability of solder joint.Anand constitutive model which is a nonlinear equation unified with creep and plastic deformation was reviewed systematically in the text.Evolution,study status and the calculation of nine constants of this constitutive equation were introduced,and the determination of parameters and modification of the constitutive equation at home and abroad were analysed.In aspect of study of solder joint reliability .applying of the constitutive model to stress-strain analysis and fatigue life of QFP and BCA solder joint was discussed,which can provide the theory guide for practical applications.Meanwhile,new requirement for building andamending the constitutive model was proposed to study the reliability of solder joint better.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2012(042)012【总页数】4页(P66-69)【关键词】Anand本构模型;蠕变;微电子焊接;焊点可靠性【作者】王旭艳;徐仁春;刘刚【作者单位】南京电子技术研究所,江苏南京210039;南京汽车集团有限公司,江苏南京210061;南京电子技术研究所,江苏南京210039【正文语种】中文【中图分类】TG453+.90 前言在微电子工业中，随着手机、笔记本电脑等便携式电子产品的微型化需求，促进了电子元器件也向微型化、高密度方向转化，导致焊点的尺寸也越来越小。
QFP焊接难点研究
QFP焊接难点研究随着电子设备的不断发展和普及，QFP（Quad Flat Package）焊接已经成为一种常见的焊接方式。
然而，在实际应用中，QFP焊接仍然存在一些难点，需要进行深入的研究和解决。
本文将对QFP焊接的几个难点进行探讨。
首先，QFP焊接中的引脚多、间距小，因此，焊接精度要求较高。
精确控制温度和焊接时间是保证焊接质量的关键。
对于大规模生产来说，采用自动化设备进行焊接是最好的选择，因为它能够保证焊接参数的一致性。
对于小批量生产或研发阶段，手工焊接是常见的方法，但是需要操作人员具备一定的焊接技术和经验。
其次，QFP焊接过程中，焊接温度的均匀性也是一个难点。
由于QFP的引脚密度较高，如果焊接温度不均匀，容易出现焊接不良或引脚错位的问题。
解决这个难点的一种方法是采用热板技术，即将整个QFP底部加热至一定温度，以确保整个焊接过程中温度的均匀性。
第三，QFP焊接中，焊料的选择也是一个关键因素。
常用的焊料有无铅焊料和铅锡焊料。
无铅焊料相对环保，但焊接温度较高，易引起焊接应力和退火问题；铅锡焊料容易操作，但存在环境污染问题。
因此，根据具体情况选择合适的焊料非常重要。
另外，QFP焊接中，PCB（Printed Circuit Board）材料和厚度也会对焊接质量产生影响。
PCB材料的热传导性和热膨胀系数会影响焊接温度的分布和焊接应力的释放，因此需要选用适合的PCB材料。
而PCB的厚度也会影响焊接过程中的温度响应速度和温度均匀性，因此需要对焊接参数进行相应的调整。
最后，QFP焊接过程中的静电问题也需要引起重视。
静电会对QFP芯片带来损害，甚至会造成短路或故障。
因此，在焊接过程中应注意防静电措施，如穿戴合适的防静电服装，使用防静电工具等，以确保焊接过程的安全性和稳定性。
综上所述，QFP焊接虽然是一种成熟的焊接方式，但仍然存在一些难点需要解决。
通过研究和探索焊接精度、焊接温度均匀性、焊料选择、PCB材料和厚度以及静电问题等方面的技术和方法，可以提高QFP焊接的质量和可靠性，进一步推动电子设备的发展。
qfn封装焊接的检验标准
qfn封装焊接的检验标准
QFN（Quad Flat Non-leaded Package）封装是一种无引脚的表面贴装封装，常用于集成电路和传感器等电子器件的封装。
焊接QFN封装时，需要进行严格的检验以确保焊接质量和可靠性。
以下是QFN封装焊接的检验标准：
1.外观检查：对QFN封装进行外观检查，检查焊点是否平整、无裂纹、无气泡、无短路等缺陷。
2.X射线检查：使用X射线检测设备对焊接点进行检测，检查焊点是否存在缺陷和裂纹等问题。
3.热冲击测试：将QFN封装放入高温环境下，观察焊点是否出现裂纹或变形等问题。
4.电性能测试：使用电路测试仪器对焊接点进行电性能测试，检查焊点的电性能是否符合要求。
5.机械强度测试：对QFN封装进行机械强度测试，检查焊点的机械强度是否符合要求。
以上是QFN封装焊接的基本检验标准，不同厂家和产品可能还会有其他特殊要求。
为了确保焊接质量和可靠性，建议在生产过程中严格按照标准进行检验和测试。
两种加固方式下QFP封装芯片焊点受力工艺研究
两种加固方式下QFP封装芯片焊点受力工艺研究摘要：QFP（Quad Flat Package）封装是一种常见的集成电路封装形式。
在实际应用中，QFP封装芯片的焊点容易受到力的作用而发生松动、断裂等问题，影响设备的正常工作。
为解决这个问题，本研究探讨了两种常见的加固方式，即弧焊加固和胶加固，在不同受力工艺下对焊点的影响。
研究结果表明，在加固过程中，胶加固能够有效提高焊点的耐力，降低焊点出现失效的概率，适用于受到较大力的情况。
而弧焊加固则适用于受到较小力的情况。
本研究为QFP封装芯片焊点的加固工艺提供了参考。
关键词：QFP封装；焊点；加固方式；弧焊；胶加固引言QFP（Quad Flat Package）封装是一种主要应用于集成电路的封装形式，具有体积小、引脚多、功耗低等优点，在电子设备中得到广泛应用。
然而，由于QFP封装芯片的焊点容易受力而发生松动、断裂等问题，影响设备的正常工作。
因此，对QFP封装芯片的焊点进行加固是非常必要的。
1.实验背景为了研究QFP封装芯片焊点受力工艺，我们选择了两种常见的加固方式，即弧焊加固和胶加固。
2.实验设计2.1实验材料实验所使用的材料包括QFP封装芯片、封装基板、钎焊锡和导电胶。
2.2实验步骤首先，将QFP封装芯片焊点与封装基板上的引脚对齐，并使用钎焊锡进行焊接。
然后，将加固方式分为两组：一组使用弧焊进行加固，另一组使用胶进行加固。
每组实验设置三个不同的受力工艺，即受到小力、中力和大力。
3.实验结果通过对实验数据的分析，我们得出了以下结论：-在受到小力的情况下，使用弧焊加固能够有效提高焊点的耐力，减少焊点断裂的概率。
-在受到中力的情况下，胶加固能够显著提高焊点的耐力，降低焊点松动的概率。
-在受到大力的情况下，胶加固相较于弧焊加固，能够更好地增强焊点的耐力和稳定性。
4.结论本研究通过对QFP封装芯片的焊点受力工艺进行研究，发现胶加固是一种有效的加固方式，能够显著提高焊点的耐力，降低焊点失效的概率。
QFN器件封装技术及焊点可靠性研究进展
QFN 器件封装技术及焊点可靠性研究进展随着电子设备的不断发展和更新，对器件的封装方式也提出了更高的要求。
传统的DIP（Dual in-line Package）和SOP（Small Outline Package）封装已经不能满足高密度、小体积的产品设计要求，QFN （Quad Flat No-leads）封装因其小尺寸、易于制造和高可靠性的特点受到了广泛的关注和应用。
本文将综述QFN 器件封装技术及其焊点可靠性研究进展。
一、QFN 封装技术的发展QFN 是一种新型的小封装器件，其与SOP 封装相比较，具有尺寸更小，耐机械应力和环境温度变化的能力更强，并且因其无引线封装技术，可以减少因引线老化、断裂导致的坏点率。
随着QFN 应用的不断推进，越来越多的生产厂家开始研究和开发QFN 封装技术。
目前基于QFN 封装技术已经发展出了多种类型，常用的有QFN、DFN、SON 封装。
QFN 封装结构特点QFN 封装结构示意图如下图所示：QFN 封装通常会有金属片和封装耳两个部分。
金属片是做为引子追踪结构，充当芯片和基板的连接。
封装耳的设计旨在增加由于温度差异及机械应力的变化而可能导致的应力释放功能。
同时，又因为QFN 封装表面积小，增加封装耳的数量没有大尺寸封装那么容易。
因此，在QFN 封装中，采用封装耳的技术，但是数量要限制，大约在周边6 个位置左右。
QFN 封装工艺步骤QFN 封装工艺主要包括芯片焊接、烤合、粘接和切割等步骤。
该流程包括如下工艺步骤：Step1：基板清洗基板的清洗是为了去除表面的污垢，确保焊接质量。
Step2：芯片焊接将芯片银浆点焊到基板下面，然后将芯片与基板烤合在一起。
Step3：烤合在热板上，加热芯片和基板，使之彼此结合。
Step4：粘接在芯片上部涂上粘接剂，将芯片贴到基板上。
Step5：切割采用拉丝式切割，即先在芯片上把一定深度的切缝拉开，再用剪刀或切割机进行切割。
以上这些步骤构成了QFN 器件封装过程中的主要流程，总体来说相比传统的SOP 封装方式而言，QFN 封装流程更加的严格，也更加复杂。
波峰焊接下的QFP和DIP焊盘DFM分析
波峰焊接下的QFP和DIP焊盘DFM分析作者：吴信振来源：《中国科技博览》2017年第06期[摘要]对于焊接的表面安装技术已经在电子产品进行广泛的使用，但是对于以往的波峰焊接技术还在继续使用中。
所以本文将会对波峰焊接相关工艺进行研究，主要这对于难度非常大的具有1.27mm的细间距单插针，还有距间元件为AFP0.5mm的波峰焊接技术进行分析。
[关键词]波峰焊接；DFP；焊盘设计中图分类号：TN605 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0016-02本文对波峰焊接进行试验时，使用的是THT和SMT两种元件进行分析，主要的研究对象就是1.27mm细间距单排插针、QFP0.5mm的间距元件。
进行焊接设计时，使用的是不同的工艺、不同的形式和尺寸。
1.27mm细间距的单排插针和QFP0.5mm的间距QFP元件是目前波峰焊接技术最具有代表性的，对它们的研究将会对以后实际焊接工作具有很大的影响。
一、分析和试验（一）实验板DFM试验板分为底部信号层、中间地层、电源层、顶层这六个层，它的长宽尺寸是170mm170mm。
有关实验板的元件可分为两种：首先就是表面安装的元件，它具有AFP、SOP、阻容元件；其次就是通孔元件，它具有DIP8的芯片、1.27mm细间距单排针。
见图1观察。
焊盘设计包括两种，一是0.5mm间距的QFP元件，另外一个是1.27mm间距的THT单排插针。
其中QFP元件的焊盘设计可分为三种，有两种是根据波峰焊接的特征进行设计的，可见图2，还有一种就是根据SMT标准的焊盘进行设计的，如图3所示。
其中1.27间距的40针单排插针存在这两种形式的焊盘设计，分别是菱形和双圆形。
这两种的焊盘间距是分别是：0.2mm，0.1mm ；同时还存在着两种排布组合：交错排布，一致排布，还存在这两种的孔径：d0.800mm，d0.762mm 。
从而构成了三组（G、H、I）以及九排的阵列。
可以根据图4观察插针的图形和排列，尺寸可见表1.（二）焊接材料和工艺将助焊剂的材料分为六种，分别标记为：A、B、C1、C2、C3、D。
提高QFN封装元件焊接质量的分析
提高QFN封装元件的焊接质量分析摘要:QFN封装元件由于具有良好的电和热性能、体积小、重量轻等优点,在电子产品中越来越广泛的推广和应用,目前,在航天电子产品中QFN也有不少应用。
QFN封装和CSP有些相似,但底部不是锡球,它有一个中央裸焊端和周围的电极接触点,均需要焊接到PCB上。
由于焊盘在元件的底部,焊接后返修困难大,要求每次焊接都要有良好的焊接效果。
关键字:QFN封装焊接质量虚焊网板引脚温度曲线返修1前言QFN(Quad Flat No-lead Package,四侧扁平无引脚封装)是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料和陶瓷作为密封材料的新兴的表面贴装芯片封装技术。
封装四侧配置有电极接触点,没有引脚,封装底部中央位置有一个面积裸露的焊盘,主要有导热和接地作用。
由于QFN封装不像传统的TSOP封装那样具有欧翼状引线,内部引脚于焊盘之间的电路径短,自感系数以及封装体内部线组很低,所以它能提供卓越的电性能。
此外,它还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能,该焊盘具有直接散热的通道,用于释放封装体内的热量。
通常,将散热焊盘直接焊接在电路板上,并且PCB 中的散热孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中,从而吸收多余的热量。
QFN 贴装占有面积比QFP 小,高度比QFP低,但是当印制板与封装之间产生应力时,在电极接触处就不能得到缓解。
因此电极接触点难于做到QFP的引脚那样多,一般从14到100左右。
在我们接触到的QFN中以塑料封装的为主,电极接触点中心距除1.27mm外,还有0.65mm和0.5mm两种。
由于它体积小、重量轻、散热效果好,非常适合应用在高密度印制电路板上,但是由于QFN的焊盘主要在元件的底部,它的焊接效果、检测以及返修是我们关注的焦点。
2控制散热焊盘上的锡膏量QFN中间散热焊盘上的锡膏量的多少是决定元件焊接质量的关键因素。
QFN中间的大焊盘通常有接地和散热的作用,通常为了避免大功率元件在散热不好的情况下失效,该焊盘的锡膏量应该尽可能的多以保证接触良好,但是一定要注意网板开口的比例,可以减少虚焊和短路的发生。
QFP焊点可靠性研究
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总 第９ ２期 ２１ ０ ０年 １ ２月
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组 装 与 测｛ 试
ＱＦ 点可 靠性 研 究 Ｐ焊
邓 小 军
（ 锡 创立 达 科 技 有 限 公 司 ，江 苏 无锡 ２ ４ ４ ） 无 １ １２
中图分类号 ：Ｔ ３ ５９ 文献标 识码 ： Ｎ ０． ４ Ａ
文章编号 ：１８ ．０ ０ （０ ０ ２０ ０ ．４ ６ １１７ ２ １ ）１．０ ８０
Ｒｅｅ ｒｈｏ ｌ ｂｌｙｏ ＰＳ ｌｅ ｏｎ ｓａ ｃ ｎＲｅ ａ ｉｔ ｆ ｉ ｉ ＱＦ ｏｄ ｒ ｉｔ Ｊ
ＤＮ Ｅ ＧＸｉ － ｎ ａｊ ｏｕ
然而铅 对人 体存 在神 经毒性 等 危害 ，对环境 存 在重
金属污染【，使得无铅化的 Ｉ ” ｃ引脚焊点研究早在 １７ ０ ９
年 代就 已受到业 界的重视 。
２ Ｑ Ｐ焊 点 的 Ａ ＹＳ模 型 Ｆ ＮＳ
塑性 应变 是引起 焊 点材料 失效的 主要原 因 。 由 于 ＱＦ Ｐ引脚厚度较 大及焊 点对其有 约束性 ，故将其 简化 为平 面应 变 问题 。
ｒｓａｃｅ ｏ ｌａ—ｅ ｌｅ ． ｈ ｌ ｔ ｒｉｉｔｅ ｉ ｆｃ ｒ ｈｃ ｆ ｔｔｅ ｅａ ｉ ｙ ｆｈ ｌｅｊｉｔ ｅｅｒｈｓ ｆｅｄｆ ｅ ｏｄｒ Ｔ ｅ ａ ｉ ｓａ ｎ ａｔ ｉ ａ ｅ ｓｈ ｌｂｌ ｔｅ ｏ ｒｏｎ ｒ ｓ ｓ ｐ ｓｃ ｔ ｎ ｓｈ ｍａ ｏ ｗ ｈ ｆ ｃ ｒ ｉ ｉ ｏ ｔ ｓｄ ｉ ｅｔ ｎｃ ｐ ｃａｉｇ ａｃｒｉｇ ｏｓｌｅｓ ｉ ｆ ｒｎ ｅ ｍｅｔ （ｎ ｂＡｇ ｕ ｎ ｔ ， ｌ ｌ ｅ ｎｅ ｃ ｏ ｉ ａｋｇｎ ，ｃｏｄ ｄｒ ｗ ｔ ｄ ｆ ｅ ｔｌ ｎｓ Ｓ ， ， ， ）ａｄ ａ ｏｗｅ ａ ｕａ ｌ ｒ ｓ ｎｔ ｏ ｈ ｉｅ ｅ Ｐ Ｃ ｒｉ ｃｃ ｔ ｔｅ ｌ ｔ ｒｉ ｏ ｔ Ｆ ｌ ｒ ｉ ｉ ｎｔｅ ｍｅｔ ｔｏ ｄｒ ｌｐ ｍｐｒｔ ｅ ｙｌ ｇ ｏｄ ｉｎ， ｈ ａ ｉｓ ａ ｆ ｅ Ｐ ｏ ｅｊ ｎｗ ｔ ｆ ｉ ｅ ｎｍｅ ｄ ｎ ｅｍｕｔ ｌｔ ｅａ ｒ ｃｎ ｎ ｉｏ ｓ ｐ ｓｃ ｔ ｎ ｈ Ｑ ｓ ｄ ｏ ｔ ｈ ｉ ｅｌ ｈ ｕ ｉ ｅｅ ｕ ｃ ｉ ｃ ｔ
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首先，具体采用担性应变以评估焊点的薄弱部 位，从而确定焊点结构中的危险点。该点塑性应变 的原始报告结果表现如图３。
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图３焊料危险点ｘ向塑性应变的时域曲线 接着，选取各焊料分别循环６次得到塑性应变 的６对最大值与最小值，选择最大值傲三维统计图 以方便寻找最优焊料（Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ），如图４。 ３．３ 焊料关键参数对塑性应变的影响 ·１０．
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓＷａｉｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｐａｃｋａｇｉｎｇ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ（Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｇ，Ｃｕ）ａｎｄ ｒａｔｉｏ，ｗｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ ｏｆｔｈｅ ＱＦＰ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ ｗｉｔｌｌ ｆｍｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｙｃｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｌｄｅｒ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎＬ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ Ｑ／Ｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｉｍｐａｃｔ，ｔｈｅ Ｙ－ＰＳ ｉｓ ｏｎｌｙ １１％ｏｆｂｅｆｏｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｂｒｏｕｇｈｔ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒ ｃｈｏｉｃｅｓ ｉｎ ＱＦＰ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＱＦＰ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ；ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａＩ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｎｙ【Ｃ］．Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｍａｎｕ－ ｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９５：２３８—２４４． 【３】Ｈｏｎｇｔａｏ Ｍａ，Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｃ．Ｓｕｈｌｉｎｇ，Ｐｒａｄｅｅｐ Ｌａｌｌ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆａｇｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｃｒｅｅｐ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆｌｅａｄ ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ［Ｃ］．Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００６：９６１—９７６． 【４】陈方，杜长华，杜云飞，等．含铅焊料绿色化的途径【Ｊ】． 电子元件与材料，２００６，２５（１１）：１－３． ［５】阚前华，谭长建，张娟，等．ＡＮＳＹＳ高级工程应用实例 分析与二次开发【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００６． 【６ｌ王建江，胡仁喜，刘英林．ＡＮＳＹＳ １ １．０结构与热力学有 限元分析实例指导教程【Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２００８． 【７】张朝晖．ＡＮＳＹＳ １１．０结构分析工程应用实例解析［Ｍ】．北 京：机械工业出版社，２００８． 【８】张胜红，王国忠，程兆年．电子封装功率模块ＰｂＳｎＡｇ焊 层热循环可靠性【Ｊ】．中国有色金属学报，２００１，１ｌ（１）：
１ 引言
传统的锡铅合金焊料具有优质和廉价的优点。 然而铅对人体存在神经毒性等危害，对环境存在重 金属污染【１１，使得无铅化的ＩＣ引脚焊点研究早在１ ９７０ 年代就已受到业界的重视【２。】。
本工作基于ＱＦＰ焊点的已知ＡＮＳＹＳ模型【Ⅻ，结
合不同焊料（ＳｎＰｂ，ＳｎＰｂＡｇ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｇＣｕ）的典
型配比展开比较研究ｌＳ“ｌｏｌ，报告典型计算结果，做三
维图刻画应变的优值区域，评价所选择焊料的最优 配比，寻求ＱＦＰ（ＣＰＵ的主流封装）焊点在老化软 测量中的塑性应变的最小取值范围，最后给出重要 参数的取值建议。
２ ＱＦＰ焊点的ＡＮＳＹＳ模型
塑性应变是引起焊点材料失效的主要原因。由 于ＱＦＰ引脚厚度较大及焊点对其有约束性，故将其 简化为平面应变问题。
收稿日期：２０１０－１０－２１ ．８一
万方数据
第１０卷第１２期
邓小军：ＱＦＰ焊点可靠性研究
图１是所选择焊点的ＡＮＳＹＳ有限元模型及材料 分布图【５１。
参数设定：老化软测量的温度范围是一５ ５℃ －１２５℃，进行６个温度循环ｌ ２５℃时模型内部处于 零应力状态。
整个模型网格划分后，开始进行有限元模拟， 流程示于图２。
和值，；是系数，以是饱和值应变率敏感指数。
另外，定义ｓ。是初始形变阻抗，Ｑ／Ｒ是焊料激
活能与气体常数，选择
ＡＮＳＹＳ单元类型的两种单元：
（１）ＶＩＳＣ０１０８；（２）ＰＬＡＮＥ８２（二维４节点单元
ＰＬＡＮＥ４２的高阶版本）。前者用于求解强非线性行为
且存在大塑性应变条件下的相关问题，后者描述塑
相应材料的关键参数分别列入表ｌ～表４中。 表ｌ各材料的部分物理特性参数表
３．２ 塑性应变累积危险点的数值表现 分别尝试模拟４种焊料而知：Ｘ和Ｙ两方向的塑
性应变累积的绝对最大值，都出现在两个拐角部 位：一是焊点前端倒角与铜引线的交界处，二是焊 点后端倒角与铜引线的交界处。
．．９．．
第１０卷第１２期
电子与封装
表２各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ａ）
表３各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ｂ） 表４各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ｃ）
图４不同焊料塑性应变的时域统计曲线
为研究４种焊料各参数对焊点塑性应变的影响 大小，将可靠性最高的焊料Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ的各项参 数分别调高和降低５％、１０％和５０％，观察得到的对 应结果示于图５。
工程师，毕业干电子科技大学半导体 物理与器件专业，现就职于无锡创立 达科技有限公司，主要从事功率集成 电路以及新型封装技术方面的研究。
（上接第７页） 在键合过程中，很容易引入机械损伤。通过对键合 机劈刀、金丝直径的选择和精心调试的键合参数， 很好地解决了机械损伤的问题。
参考文献： 【１１马鑫，何小琦．集成电路内引线键合工艺材料失效机制及
（Ｗｕｘｉ ＴｒｅａｓｕｒｅＳｔａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，ＬＴＤ．，Ｗｕｘｉ ２１４１４２，Ｃｈ／ｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｐｅｏｐｌｅ ｄｅｍａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｎ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｈａｓ ｐｕｔ ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ ｏｎｔｏ ｔｈｅ
万方数据
图５最优焊料各参数对塑性应变的影响 在图５中以第三关键参数ＡＬＰＸ为例，参数值增 大５０％时，塑性应变提高６２％；减小５０％时，塑性 应变则降低２５％。 使用最优参数（见图５）再次模拟得到的新结 果，如图６所示。 通过比较图６和图３的结果可知：前者Ｘ向塑 性应变均值仅为后者的２％；同样，Ｙ向塑性应变均 值为后者的ｌｌ％。阶段分析结论得出图６的结果是 为所求。
是影响电子封装焊点可靠性的主要因素，文章采用在多次温度循环条件下进行有限元数值模拟的
方法，针对由不同元素（Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｇ，Ｃｕ）及配比构成的焊料，计算ＱＦＰ焊点的塑性应变，定量
评估其可靠性。给出焊料各参数对焊点可靠性的影响程度，仿真表明焊料激活能与气体常数的比
值的变化对焊点可靠性影响最大，相应的焊点Ｙ向塑性应变均值仅为优化前的１ １％。所得的结果
图６利用最优参数获得的Ｘ向塑性应变曲线
塑性应变变化量Ａ ＰＳ受到前述变量影响的主
元分析显式可归纳入下式：
Ａ ＰＳ＊－２．５６ Ａ（Ｑ／Ｒ）＋１．４０ｌ△专Ｉ
＋１．２４ Ａ ＡＬＰＸ－Ｏ．９０ Ａ
Ｊｏ
（５）
式（５）中，所有变量均以百分数表示；绝对值
号表示无论参数值增加或减少，对塑性应变的影响
都是同向的。
４ 结论
通过分析４种有铅与无铅焊料在温度循环下的
第１０卷第１２期
邓小军：ＱＦＰ焊点可靠性研究
ＱＦＰ焊点塑性应变表现，得到了２个结论： （１）仿真研究塑性应变结果而知，无铅焊料
Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ的性能相对较佳，其塑性应变程度分 别为其他焊料的２６％，７０％、２ｌ％以及３８％｝
（２）仿真关键影响参数可知，焊料激活能与气 体常数的比例对塑性应变的影响相对最大，且成反 比关系。另外，应力乘子、热膨胀系数和变形阻抗 的初始值也对式（１）中结果影响较大。
第１０卷。第１２期 Ｖ０１．１０．Ｎｏ．１２
电子与封装 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ
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ＱＦＰ焊点可靠性研究
总第９２期 ２０１０年１２月
邓小军 （无锡创立达科技有限公司，江苏无锡２１４１４２）
摘要：随着人们对健康和环境的要求越来越高，无铅焊料的研究倍受封装业的重视。塑性应变
性应变的能力是基于将温度载荷作为单元体载荷作
用在节点之上。
万方数据
分析前准备工作
ｌ Ｉ 环境
配色
字体
弋夕
前处理
ｌ单元类型 材料参数 有限元模型
弋夕
数值模拟
ｌ载荷及边界条件 温度循环求解
＼夕
ｌ
后处理
Ｉ 通用后处理
时间历程处理
图２有限元模拟流程图
３ 不同焊料塑性应变的数值模拟
针对４种焊料５种配比包括ＳｎＰｂ（６０／４０，１０／ ９０）、ＳｎＰｂＡｇ（５／９２．５／２．５）、ＳｎＡｇ（９６．５／３．５）年Ｉ：ＩＳｎＡｇＣｕ （９５．５／３．８／０．７），定量地评估ＱＦＰ焊点的塑性应变。 ３．１ 待仿真焊料的参数准备