[发明专利]BGA封装电子芯片焊点振动失效过程中薄弱环节的定位方法

摘要

公开一种BGA封装电子芯片焊点振动失效过程中薄弱环节的定位方法，包括下列步骤：选取被测件，设置载荷谱；分析振动载荷下电子芯片焊点失效模型；模型参数估计与分析。该方法通过随机振动试验，获取BGA封装电子芯片内不同位置焊球的寿命数据；对BGA封装电子芯片的失效行为与规律、裂纹的形成与演变机制进行分析，提出基于两参数威布尔分布的电子芯片失效统计模型，并利用极大似然估计对该模型进行参数估计；依据失效统计模型，获取电子芯片内不同位置焊点的寿命特征，利用寿命特征，完成对电子芯片振动失效过程中薄弱环节的分析。

主权项

1.一种BGA封装电子芯片焊点振动失效过程中薄弱环节的定位方法，包括下列步骤：步骤一：选取被测件，设置载荷谱选取BGA封装被测件，将振动参数设置为被测件的一阶固有频率，根据国军标给出的被测件工作环境，在国军标中选取相应的加速度功率谱密度w₀；直接采集焊点两端的电压波动来表征焊点的开裂情况；对被测件正常供电，当焊点完好时，焊点等效电阻很小，焊点的分压接近于0V，当焊点开始断裂时，焊点等效电阻增大，焊点分压随之增大，随着焊点的分压逐渐增大，焊点断裂情况加剧，直到最终达到供电的电源电压，焊点完全断裂；步骤二：分析振动载荷下电子芯片焊点失效模型对于穿透型裂纹而言，疲劳裂纹的扩展速率受到裂纹尖端处应力因子的变化幅度的影响，符合疲劳裂纹扩展速率的指数幂定理，即Paris公式：式中k为应力强度因子，Δk为应力强度因子的增量，α为裂纹长度，N为振动循环次数，c为常数；随着振动时间的增加，焊球内裂纹的长度也在逐渐增大，令δ_i表示第i次振动循环后的裂纹长度，则一定有δ₁＜δ₂＜…＜δ_n，当裂纹长度达到δ_m时，0≤m≤2R，焊点失效，R为焊球半径，假设δ₀为初始裂纹，此时裂纹存在但极其微小可视为0，即基本相当于无裂纹；在第j个循环下，焊球内部裂纹的增量为δ_j‑δ_j‑1，其中δ_j、δ_j‑1分别表示第j、第j‑1个循环下裂纹长度；由于圆形横截面在拉压弯曲组合作用下产生圆弧形态的裂纹时，其应力强度因子为式中，F₀＝G[0.752+1.286β+0.37Y³]；σ₀为正应力，a为裂纹的深度，G＝0.92(2/π)secβ[tanβ/β]^1/2，Y＝1‑sinβ，β＝πa/4R，R为焊球半径，F₀，G，β，Y为中间变量；将(2)式带入(1)式，可知应力强度因子正比于裂纹长度，即裂纹的增量正比于裂纹长度，所以有理由假定裂纹扩展按照比例效应增长，即其中χ_j为第j个循环下裂纹长度的增量δ_j‑δ_j‑1与第j‑1个循环下裂纹长度δ_j‑1之比；则有同时，当每次振动循环下裂纹的增量是微量的情况下有Δδ_j＝δ_j‑δ_j‑1→0     (4)式中Δδ_j表示第j个循环下裂纹长度的增量；那么当振动循环充分大时，依据微积分定义可知式中δ表示焊球的裂纹长度；移项得由中心极限定理可知的渐进分布为正态分布，由于lnδ₀为一常量，因此lnδ_m也服从正态分布，即δ_m渐进服从对数正态分布；则焊点寿命的对数服从如下表达式：式中σ、μ分别表示正态分布的标准差和均值；步骤三：模型参数估计与分析通过上述随机振动试验，获得电子芯片在振动失效过程中不同位置焊点的寿命数据，对它们进行极大似然估计，得到的电子芯片在振动失效过程中不同位置焊点的寿命分布参数估计值。