高密度封装面阵列无铅焊料微互连在热-跌落顺序载荷下的失效机理研究

集成芯片的高度集成化和电子产品的小型化发展，带来器件封装焊料微互连的的高密度化。细小的焊料微互连在外载荷作用下易发生断裂失效，揭示高密度封装焊料微互连的失效机理和提高其可靠性是电子封装领域的一个挑战性问题。针对只通过实验方法观察无铅焊料微互连的失效模式的局限性，采用界面断裂力学理论与有限元分析相结合的方法，深入研究跌落载荷下无铅焊料微互连的失效机理，获得失效焊料微互连界面裂纹的力学特征。考虑焊料微互连在使用过程中的真实工况条件，开展焊料微互连在热-跌落顺序载荷（高低温循环-跌落、热时效-跌落）下数值模拟计算与分析，提出采用染色实验和剖样实验研究无铅焊料微互连在热-跌落顺序载荷下的失效模式和失效机理，研究高低温循环载荷和热时效载荷对焊料微互连抗冲击性能的影响规律。优化回流工艺曲线以提高高密度面阵列无铅焊料微互连在热-跌落顺序载荷下的可靠性。研究结果应用于指导封装结构的设计和回流工艺的制定。

根据项目任务书和执行过程中的具体情况，主要完成了以下内容：(1)建立了板级封装的有限元模型，采用非接触式激光干涉方法测量了板级封装模态频率和模态振型，采用正交实验的方法对有限元模型的材料参数进行了优化，得到精确的有限元模型；(2)研究了焊料微互连界面裂纹尖端应力强度因子的求解方法，采用有限元和界面断裂理论分析了焊料微互连的界面断裂力学特性，焊料微互连在冲击载荷下的断裂是非稳态断裂；(3)研究了热周期-跌落载荷下焊料微互连的失效模式和失效机理，对热周期后的样品，冲击过程中裂纹扩展情况是起始于焊料，然后改变扩展方向到焊盘/焊料界面，或者完全通过焊料部分，是脆性断裂和延性断裂的混合断裂模式；(4)研究了不同回流工艺参数组合对焊料微互连金属间化合物厚度的影响，随着加热因子的升高，金属间化合物的厚度随之增大；并研究了不同回流工艺参数组合对焊料微互连抗冲击性能的影响，得到了一组优化的工艺参数组合，可以用来指导生产；(5)在项目的资助下，发表英文SCI论文2篇，递交英文SCI论文2篇，正撰写1篇英文SCI论文。