【摘 要】
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近年来,各种类型的电子封装产品都朝着微型化、高集成度和高可靠性的方向发展,POP堆叠式电子封装（Package On Package,简称POP）已经开始越来越广泛地应用到包括智能移动手机、智能平板电脑、车载芯片以及航空航天等各个领域之中。由于POP堆叠封装高集成性的结构特点,其本身对于温度变化与振动的载荷较为敏感,封装体在多数实际工况下又常常面对温度循环与振动载荷同时加载的情况,因此,热振情况下
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近年来,各种类型的电子封装产品都朝着微型化、高集成度和高可靠性的方向发展,POP堆叠式电子封装（Package On Package,简称POP）已经开始越来越广泛地应用到包括智能移动手机、智能平板电脑、车载芯片以及航空航天等各个领域之中。由于POP堆叠封装高集成性的结构特点,其本身对于温度变化与振动的载荷较为敏感,封装体在多数实际工况下又常常面对温度循环与振动载荷同时加载的情况,因此,热振情况下的POP堆叠封装可靠性问题亟需研究和讨论。本文通过恒温压缩试验确定了Sn3.0Ag0.5Cu（以下简称SAC305）焊料的Anand粘塑性本构模型参数,建立了三维POP堆叠封装的有限元模型,通过热循环与随机振动的直接耦合来分析不同载荷情况下随机振动、热循环后随机振动等对于POP堆叠封装的可靠性影响,为POP堆叠封装的优化和改良提供理论基础和科学指导。一、通过恒温压缩试验确定SAC305焊料的粘塑性本构模型:通过恒温压缩试验得到SAC305应力应变曲线,计算并确定不同温度、应变率下SAC305焊料的Anand本构模型参数,研究表明:粘塑性无铅焊料SAC305焊料具有明显的温度效应和应变率效应。相同条件下,屈服应力随温度升高而下降,随应变率升高而升高,且温度效应较应变率效应更为显著。二、POP堆叠封装进行热循环可靠性研究:根据上文得到的Anand粘塑性本构模型,使用ANSYS软件建立POP有限元模型,对POP堆叠封装进行热循环-结构耦合分析,分析热循环后POP堆叠封装中累积塑性应变和等效应力的分布情况,结果表明:热循环中焊点关键位置的Von Mises应力随着温度的变化呈现方向相反,同步变化的趋势,等效塑性应变则随温度变化而增加。三、POP堆叠封装热振动可靠性研究:分析高低温度、保温时间、温度变化率及热循环对POP堆叠封装随机振动的影响。随机振动时,焊点处的最大应力随温度的变化而变化,焊点最大应力值随温度增加而增加,高温下焊点最大应力可达到22.335MPa远大于低温下17.425MPa,高温状态下,温度变化对应力最大值的影响更加明显;焊点处最大应力随保温时间增加而减小,保温时间从300s增加到1500s时,高温下最大应力增幅0.114%大于低温下应力增幅0.003%,高温下保温时间对焊点最大应力的影响更加明显;温度变化速率的提升会导致随机振动时焊点的最大应力值下降,升降温速率从0.3K/s变为0.9K/s时,高温下的最大应力降低幅度0.076%,大于低温下的应力降低幅度0.054%,且高温下对升降温速率的变化更加敏感;热循环状态中随机振动时,焊点最大应力值随温度变化较大,高温状态下最大应力25.641MPa远大于低温下焊点应力5.304MPa,且高温状态下焊点应力分布受到热循环时热应力与热变形的影响,整体应力从集中在内圈焊点的中间部分转移到外圈焊点,应力分布发生改变。
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