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
ｆ毫‘ｌ：幕：＠；匿：唾）⑨蔼√萤
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