BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究.pdf

学兔兔 第50卷第20期 机 械 工 程 学 报 V0l1．50 NO．2O 2014年 10月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING 0ct． 2O14 DoI：1O．3901／JM E．2014．20．054 BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究木 秦红波 李望云 李勋平2 张新平 (1．华南理工大学材料科学与工程学院 广州 510640： 2．工业和信息化部电子第五研究所电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室 广9、I1510610) 摘要：基于塑性应变能密度概念提出微焊点低周疲劳裂纹萌生、扩展和寿命预测模型，阐明其与连续介质损伤力学的联系， 评估应力三轴度对预测模型的影响，并通过试验和数值计算相结合的方法确定出微米尺度球栅阵列(Ballgridarray，BGA)结 构单颗Sn3．0Ag0．5Cu无铅焊点(高度为500～100gm，焊盘直径为480岬1)疲劳裂纹萌生和扩展模型中的相关常数。研究结 果表明，疲劳裂纹萌生和扩展循环数与每个循环所产生的塑性应变能密度均呈幂函数关系；应力三轴度会影响疲劳裂纹扩展 速率，并最终影响焊点的疲劳寿命；应力三轴度与加载方式有关，拉伸载荷下焊点的应力应变行为受异种材料界面和封装结 构力学约束作用的影响，应力三轴度随焊点高度降低而明显升高；而剪切载荷作用下焊点中的力学约束十分有限，焊点高度 变化对应力三轴度的影响非常小；测得的高度为 100岬1焊点的疲劳裂纹扩展相关常数可以很好地用于预测其他不同高度焊点的 疲劳寿命，表明所提出的预测模型可以有效地减小由几何结构和体积变化造成的塑性应变能集中现象对焊点疲劳寿命的影响。 关键词：球栅阵列；无铅焊点；低周疲劳；疲劳寿命；损伤力学 中图分类号：TG113 ResearchonLow CycleFatigueBehaviorofBGA StructureLead—free SolderJoints QrNHongbo LIWangyun LIXunping2 ZHANGXinping (1．SchoolofMaterialsScienceandEngineerin窘，SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640； 2．ScienceandTechnologyonReliabiliytPhysicsandApplicationofElectronicComponentLaboratory, the5thElectronicsResearchInstituteofMinistryofInformationIndustry,Guangzhou510610) Abstract：A plasticstrain energydensitymethodologyisproposedtoevaluatehteinitiationandpropagationoffatiguecrackin lead-freesolderjoints．Therelationshipsamongtheplasticsrtain，plasticsrtainenergy,continuum damagemechanics(CDM)and fatiugelifeareclarified．Crackgrowthcorrelationconstnatsformicro—scaleball darray(BGA)structuresolderjoints(wihtstandoff heighthintherange100to500“mandapaddima eter480grn)raedeterminedbyacombinationofexperimentalestimationand numericalcalculation．Theresultsshow thatthe