基于有限元仿真的BGA 焊點(diǎn)可靠性分析*

孫勤潤(rùn)楊雪霞劉昭雲(yún)王 超彭銀飛

(太原科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030024)

球珊陣列封裝(Ball Grid Array，BGA)器件由于單位空間存儲(chǔ)量高、低電感、單位芯片面積引腳數(shù)量多等優(yōu)勢(shì)而被商業(yè)存儲(chǔ)器廠商生產(chǎn)[1]。近年來(lái)，電子產(chǎn)品朝著集成化、多功能、微型化方向發(fā)展，BGA封裝結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)電子產(chǎn)品集成化、微型化的要求。

BGA 焊點(diǎn)不僅在機(jī)械電氣連接、促進(jìn)溫度擴(kuò)散、保護(hù)芯片方面起重要作用，還在器件穩(wěn)定可靠性方面有重要作用。隨著B(niǎo)GA 封裝結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，其焊點(diǎn)可靠性失效問(wèn)題也成為了研究的熱點(diǎn)。電子設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，存在熱機(jī)械疲勞、撞擊和蠕變等各種負(fù)載，其中高達(dá)75%的焊點(diǎn)故障是由于溫度和隨機(jī)振動(dòng)作用失效引起的[2]，而焊點(diǎn)塑性變形容易屈服和破壞是整個(gè)器件熱失效的重要原因[3]。針對(duì)熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)載荷下集成電路(Integrated Circuit，IC)封裝因子穩(wěn)健設(shè)計(jì)可靠性問(wèn)題，因焊點(diǎn)尺寸小難試驗(yàn)，研究者們采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Design of Experiment，DOE)聯(lián)合有限元分析(Finite Element Analysis，F(xiàn)EA)方式來(lái)研究改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)可靠性[4]。學(xué)者譚廣斌等人[5]利用L18(21×37)田口正交表，發(fā)現(xiàn)熱作用下影響塑料球珊陣列封裝(Plastic Ball Grid Array，PBGA)等效塑性應(yīng)變范圍較為關(guān)鍵因子為焊點(diǎn)直徑和高度；熊明月等人[6]借助L9(34)田口試驗(yàn)表，發(fā)現(xiàn)影響芯片級(jí)尺寸封裝(Chip Scale Package，CSP)熱循環(huán)蠕變應(yīng)變能密度重要因素是焊點(diǎn)材料和高度；韓立帥等人[7]用DOE 設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)分析研究焊點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)載荷下焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變分布。眾多研究表明焊點(diǎn)直徑、焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)間距及焊點(diǎn)陣列參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)可靠性研究具有重要影響[8-10]。上述研究為后繼者進(jìn)一步研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但涉及焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)可靠性參數(shù)優(yōu)化方向的研究還較少，尤其是焊點(diǎn)陣列參數(shù)仍需進(jìn)一步的研究。

本文結(jié)合DOE 和FEA 分析技術(shù)，設(shè)計(jì)了四個(gè)包含焊點(diǎn)陣列、焊點(diǎn)徑向、焊點(diǎn)高度和焊點(diǎn)間距的結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究分析BGA 器件焊點(diǎn)不同載荷下的可靠性，并且根據(jù)基于正交表和信噪比的田口優(yōu)選法選出優(yōu)化組合，進(jìn)行了極差、變異性分析(Analysis of Variance，ANOVA)和交互作用分析佐證了優(yōu)化結(jié)果的一致性，建立了相應(yīng)三維優(yōu)化模型并進(jìn)行仿真計(jì)算來(lái)與原始模型做對(duì)比，驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。采用ANSYS 軟件數(shù)值模擬出電子器件在不同載荷條件下焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變和等效應(yīng)力情況，分析設(shè)計(jì)了更加合理的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，以解決芯片與集成電路板之間的電氣連接失效不可靠的問(wèn)題。

1 BGA 焊點(diǎn)有限元模擬

1.1 創(chuàng)建模型及熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)載荷施加

本文將選擇TOPLINE 品牌的BGA 產(chǎn)品作為分析對(duì)象，考慮四個(gè)焊點(diǎn)參數(shù)對(duì)BGA 焊點(diǎn)可靠性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。熱作用下因結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，建立1/4 模型，其能夠簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確分析焊點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)[7]；隨機(jī)振動(dòng)荷載下則建立全結(jié)構(gòu)模型，將BGA 結(jié)構(gòu)建成PCB 板、焊點(diǎn)、BT 基板、Si 芯片和塑封材料五部分。具體尺寸為:焊點(diǎn)間距0.6 mm，焊點(diǎn)徑向0.46 mm，焊點(diǎn)高度0.34 mm，焊點(diǎn)陣列10×10，Si 芯片6 mm×6 mm×0.28 mm，BT 基板16 mm×16 mm×0.42 mm，PCB 板20 mm×20 mm×0.57 mm，塑封材料14 mm×14 mm×0.47 mm。BGA 有限元模型見(jiàn)圖1，焊點(diǎn)陣列有限元模型見(jiàn)圖2。

圖1 BGA 有限元模型

圖2 焊點(diǎn)陣列有限元模型

根據(jù)電子封裝器件的實(shí)際測(cè)試失效條件，采用了ANSYS 軟件進(jìn)行BGA 封裝器件在熱循環(huán)加速和隨機(jī)振動(dòng)下有限元仿真分析。有限元仿真作為以變分原理為基礎(chǔ)的方法，可以方便劃分網(wǎng)格，對(duì)關(guān)于熱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜邊界問(wèn)題有很強(qiáng)的適應(yīng)性。材料賦予PCB板、BT 基板、Si 芯片和塑料封裝四部分為線(xiàn)彈性材料；因焊點(diǎn)SAC305(Sn96.5，Ag3.0，Cu0.5)熔點(diǎn)有217 ℃，此時(shí)表現(xiàn)為粘塑性應(yīng)力應(yīng)變，服役期間易表現(xiàn)為非彈性變形，且在常溫下焊點(diǎn)的歸一化溫度已超過(guò)0.5，因此用粘塑性Anand 定義焊點(diǎn)本構(gòu)關(guān)系[11]。模型結(jié)構(gòu)中具體材料性能參數(shù)，見(jiàn)表1[7]；Anand 粘塑性本構(gòu)詳細(xì)參數(shù)[12]，見(jiàn)表2。

表1 材料性能參數(shù)

表2 SAC305 釬料的Anand 模型粘塑性材料參數(shù)

為了保證網(wǎng)格劃分的精確性，對(duì)BGA 焊點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致性的劃分。BGA 焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)采用Multizone 尺寸分區(qū)控制方法進(jìn)行劃分。施加BGA 1/4 封裝結(jié)構(gòu)的熱循環(huán)邊界條件如下:x-z 對(duì)稱(chēng)面y 方向位移0 mm；y-z 對(duì)稱(chēng)面x 方向的位移0 mm；底面中心全方位位移為0 mm[7]。根據(jù)美軍標(biāo)MIL-STD-883[6]施加加速熱循環(huán)交變周期載荷于整體封裝結(jié)構(gòu)，周?chē)h(huán)境模擬溫度為25 ℃，溫度變化范圍是-55 ℃～125 ℃，溫度變化速率20 ℃/min，高低保溫時(shí)長(zhǎng)為15 min[6]，一個(gè)周期測(cè)試運(yùn)行時(shí)間為2 880 s，運(yùn)行結(jié)束后時(shí)間為11 520 s，連續(xù)施加四個(gè)加速循環(huán)周期進(jìn)行仿真計(jì)算。具體施加的熱循環(huán)溫度載荷，見(jiàn)圖3。

圖3 熱循環(huán)溫度梯度載荷曲線(xiàn)

BGA 封裝在隨機(jī)振動(dòng)條件下采用基于美軍標(biāo)MIL-ATDNAVMAT P9492 的功率譜密度(Power Spectral Density，PSD)加速度功率譜條件，隨機(jī)振動(dòng)加速度功率譜密度曲線(xiàn)，見(jiàn)圖4。隨機(jī)振動(dòng)頻率在20 Hz～80 Hz 時(shí)，其振動(dòng)量值為+3 dB/oct，加速度功率譜密度幅值由0.01 gn2/Hz 至0.04 gn2/Hz；隨機(jī)振動(dòng)頻率在80 Hz～350 Hz 時(shí)，加速度功率譜密度水平幅值為0.04 gn2/Hz；隨機(jī)振動(dòng)頻率在350 Hz～2 000 Hz 時(shí)，其振動(dòng)量值為-3 dB/oct，加速度功率譜密度幅值由0.04 gn2/Hz 至0.01 gn2/Hz[7]，其振動(dòng)方向?yàn)榇怪庇赑CB 板的Y 軸。

圖4 隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度曲線(xiàn)

1.2 BGA 焊點(diǎn)有限元結(jié)果分析

1.2.1 熱循環(huán)載荷結(jié)果分析

本文BGA 焊點(diǎn)熱失效的判據(jù)準(zhǔn)則為基于低周疲勞的Coffin-Manson 方法[13-14]。其可通過(guò)式(1)計(jì)算:

式中:Nf為熱疲勞失效壽命；Δεp為等效塑性應(yīng)變范圍；m為疲勞韌性指數(shù)；C為疲勞韌性系數(shù)，m、C為正常數(shù)。由此可知，無(wú)鉛焊點(diǎn)熱疲勞失效壽命與關(guān)鍵焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變范圍成反比關(guān)系，且3～4 個(gè)循環(huán)時(shí)應(yīng)力應(yīng)變遲滯環(huán)即保持穩(wěn)定[15]，因而本文將優(yōu)化目標(biāo)定為第4 個(gè)周期BGA 關(guān)鍵焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變范圍。

BGA 關(guān)鍵焊點(diǎn)塑性變形發(fā)生并且伴有屈服現(xiàn)象，焊點(diǎn)界面處產(chǎn)生裂紋逐步擴(kuò)展至其焊點(diǎn)材料內(nèi)部，因此使得關(guān)鍵焊點(diǎn)破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)封裝器件失效。BGA 1/4 結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變分布云圖詳情可見(jiàn)圖5，可以看出焊點(diǎn)陣列經(jīng)過(guò)四個(gè)穩(wěn)定溫度循環(huán)后，焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變大小在陣列的不同區(qū)域表現(xiàn)不同，這是由封裝結(jié)構(gòu)各部分材料線(xiàn)膨脹系數(shù)失配，從而各部分牽扯而導(dǎo)致。最靠近封裝中心的BGA 焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變值為4.08×10-16，并且等效塑性應(yīng)變范圍數(shù)值有由封裝中心向封裝邊緣擴(kuò)大的趨勢(shì)，在焊點(diǎn)陣列周?chē)鈧?cè)和中心部分具有較大的等效塑性應(yīng)變值，而最大值3.87×10-2發(fā)生在1/4 焊點(diǎn)陣列對(duì)角線(xiàn)方向上的第二個(gè)焊點(diǎn)上，恰好位于芯片邊緣的底部，處在無(wú)鉛焊點(diǎn)與BT 基板的交界地帶，因此確定為熱循環(huán)載荷的關(guān)鍵焊點(diǎn)，計(jì)算該焊點(diǎn)優(yōu)化目標(biāo)值為1.30×10-3。這是熱作用加載下，各材料之間的熱膨脹系數(shù)差異大，尤其芯片線(xiàn)膨脹系數(shù)僅為2.8×10-3K-1，比BT 基板小接近五倍，芯片硬度比基板硬度大接近十倍，而焊點(diǎn)作為連接器件各部分的中介，承受著較大的非彈性擠壓變形所致；另外，各部分間累積的翹曲變形會(huì)加速失效裂紋的產(chǎn)生，且等效塑性應(yīng)變?cè)诮宇^界面處由內(nèi)向外逐層增大，而使芯片邊緣的外側(cè)焊點(diǎn)處為關(guān)鍵焊點(diǎn)，這與文獻(xiàn)5 的實(shí)驗(yàn)及仿真研究結(jié)論相一致。

圖5 BGA 1/4 結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)等效塑性應(yīng)變?cè)茍D

1.2.2 隨機(jī)振動(dòng)結(jié)果分析

運(yùn)用ANSYS 軟件進(jìn)行BGA 焊點(diǎn)的隨機(jī)振動(dòng)有限元分析，建好仿真模型，施加相應(yīng)材料參數(shù)后，首先對(duì)模型進(jìn)行了模態(tài)分析，在PCB 板底面四個(gè)角點(diǎn)施加固定約束，然后再進(jìn)行了PSD 譜分析，得到3D的BGA 全結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)等效應(yīng)力云圖分布情況，如圖6所示。焊點(diǎn)等效應(yīng)力值呈現(xiàn)四角處的焊點(diǎn)較高，位于中心部位的焊點(diǎn)等效應(yīng)力較低，并且值由中心向邊緣焊點(diǎn)逐漸增加的分布情況。最大等效應(yīng)力位于距離芯片封裝中心最遠(yuǎn)的焊點(diǎn)靠近PCB 板界面處，值為30.37 MPa。因此定該角焊點(diǎn)為隨機(jī)振動(dòng)載荷下的關(guān)鍵焊點(diǎn)，隨機(jī)振動(dòng)所致焊點(diǎn)變形四角位置比中心位置大，然后因疲勞而產(chǎn)生的裂紋率先在該焊點(diǎn)處產(chǎn)生，最終導(dǎo)致整個(gè)BGA 器件失效，這與文獻(xiàn)[7]結(jié)果相一致。

圖6 BGA 全結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)等效應(yīng)力云圖

2 田口正交穩(wěn)健設(shè)計(jì)

2.1 穩(wěn)健方案設(shè)計(jì)原理

田口試驗(yàn)法利用正交表進(jìn)行合理、少量、準(zhǔn)確的試驗(yàn)計(jì)劃，將損失函數(shù)中信噪比引入優(yōu)化進(jìn)程，進(jìn)而判斷各因素對(duì)目標(biāo)函數(shù)影響程度[5，16]，最后用優(yōu)化組合驗(yàn)證結(jié)構(gòu)參數(shù)是否得到了優(yōu)化。

本文采用L9(34)正交表(指由4 因素3 水平組成9 次試驗(yàn))，并根據(jù)BGA 封裝結(jié)構(gòu)特性及焊點(diǎn)疲勞失效準(zhǔn)則，將等效塑性應(yīng)變范圍作為優(yōu)化目標(biāo)，選擇焊點(diǎn)陣列、焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)間距、焊點(diǎn)徑向?yàn)榭刂埔蛩兀總€(gè)控制取三個(gè)水平，設(shè)計(jì)因素與水平見(jiàn)表3。

表3 控制因素及水平因子 單位:mm

2.2 信噪比極差分析

田口法評(píng)判試驗(yàn)組合優(yōu)劣指標(biāo)核心是信噪比[5-6]。其原指播音設(shè)備的功放，在此為優(yōu)化目標(biāo)的響應(yīng)值，描述為下式(2):

式中:DS/N(Signal/Noise)指信號(hào)與噪音的比值；yi指等效塑性應(yīng)變范圍Δεp或等效應(yīng)力σ；采用數(shù)值虛擬試驗(yàn)次數(shù)n=1，式(2)轉(zhuǎn)化為:

按照田口正交表進(jìn)行有限元分析計(jì)算，得到含有優(yōu)化目標(biāo)結(jié)果及信噪比響應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表4，將關(guān)鍵的極差分析信噪比均值效應(yīng)繪制在圖7 中。表4 中數(shù)據(jù)為隨機(jī)振動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)，熱循環(huán)載荷分析類(lèi)似，不再贅述。

圖7 不同載荷下的信噪比均值效應(yīng)

表4 正交實(shí)驗(yàn)方案及信噪比響應(yīng)

表4 中，K1、K2、K3指該因素分別在1、2、3 水平條件下，信噪比的累加和。極差R指K1、K2、K3中最大值與最小值之差，其數(shù)值大小表示的含義為組合中因子重要性的權(quán)重，數(shù)值越大表示對(duì)優(yōu)化目標(biāo)越有影響。因此，由表4 我們可以知曉BGA 焊點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)可靠性影響先后排名:焊點(diǎn)間距(因素A)＞焊點(diǎn)徑向尺寸(因素B)＞焊點(diǎn)陣列(因素D)＞焊點(diǎn)高度(因素C)。優(yōu)化參數(shù)配置為A2B1C1D2，即焊點(diǎn)間距為0.8 mm，焊點(diǎn)徑向?yàn)?.42 mm，焊點(diǎn)陣列為10×10，焊點(diǎn)高度為0.30 mm。

同理，我們可得到BGA 焊點(diǎn)熱可靠性影響先后排名:焊點(diǎn)陣列(因素D)＞焊點(diǎn)徑向尺寸(因素B)＞焊點(diǎn)高度(因素C)＞焊點(diǎn)間距(因素A)。優(yōu)化參數(shù)配置為A1B1C3D3，即焊點(diǎn)陣列為12×12，焊點(diǎn)徑向尺寸為0.42 mm，焊點(diǎn)高度為0.38 mm，焊點(diǎn)間距為0.6 mm。

熱循環(huán)載荷條件下，焊點(diǎn)陣列對(duì)熱可靠性影響權(quán)重很大，可能是焊點(diǎn)作為芯片運(yùn)行中機(jī)械的主要效用通道，焊點(diǎn)陣列增加焊點(diǎn)數(shù)量隨之增加，使得每個(gè)焊點(diǎn)所承受的相應(yīng)應(yīng)力減少，而使得焊點(diǎn)發(fā)生非彈性變形的行為減少。隨機(jī)振動(dòng)載荷條件下，焊點(diǎn)間距為主要因素，各個(gè)因素的信噪比均值效應(yīng)差距不大。

2.3 信噪比ANOVA 分析

極差分析方法只能得到各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的相對(duì)大小，利用ANOVA 分析中各因素偏差平方和分割總偏差平方和方式來(lái)相互驗(yàn)證顯著性[17]。

以上關(guān)鍵計(jì)算數(shù)據(jù)均通過(guò)線(xiàn)性分析得到，等同于作了多重線(xiàn)性回歸處理。得到ANOVA 分析及貢獻(xiàn)率排名見(jiàn)表5，表中熱循環(huán)載荷與隨機(jī)振動(dòng)載荷分別對(duì)應(yīng)的情況是偏差平方和1、2。取BGA 焊點(diǎn)間距、焊點(diǎn)徑向、焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)陣列四個(gè)因素對(duì)應(yīng)力應(yīng)變所產(chǎn)生影響的前兩名為顯著，這可以根據(jù)顯著性結(jié)果有針對(duì)性地為BGA 焊點(diǎn)相關(guān)工藝參數(shù)可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)，達(dá)到提高BGA 焊點(diǎn)可靠性目的。

表5 ANOVA 分析及貢獻(xiàn)率排名

據(jù)表5 可知，影響熱循環(huán)權(quán)重主次順序?yàn)楹更c(diǎn)陣列＞焊點(diǎn)徑向尺寸＞焊點(diǎn)高度＞焊點(diǎn)間距，且焊點(diǎn)陣列和徑向綜合貢獻(xiàn)率比重達(dá)到了80.26%，影響非常顯著，焊點(diǎn)陣列對(duì)BGA 焊點(diǎn)熱可靠性影響程度最大，焊點(diǎn)間距影響程度最??；影響隨機(jī)振動(dòng)權(quán)重主次順序?yàn)楹更c(diǎn)間距＞焊點(diǎn)徑向尺寸＞焊點(diǎn)陣列＞焊點(diǎn)高度，且焊點(diǎn)間距和徑向綜合貢獻(xiàn)率比重達(dá)到了86.78%，影響也非常顯著，焊點(diǎn)間距對(duì)BGA 焊點(diǎn)熱可靠性影響程度最大，焊點(diǎn)高度影響程度最小，該排序結(jié)果的ANOVA 分析與上節(jié)極差分析排序結(jié)果相一致。

2.4 重要因素交互分析

經(jīng)上節(jié)分析，由于熱循環(huán)作用下因素B 和D 的綜合影響權(quán)重占比達(dá)到80.26%，隨機(jī)振動(dòng)作用下因素A和B 的占比達(dá)86.78%，因此本節(jié)討論了不同載荷下兩組因素間交互作用對(duì)信噪比的影響，詳見(jiàn)圖8。

圖8 BGA 焊點(diǎn)不同載荷重要因素間交互

圖8 中，其條紋粗細(xì)代表兩種因素組合時(shí)信噪比響應(yīng)大小，且兩側(cè)同種顏色長(zhǎng)度代表該元素的總信噪比統(tǒng)計(jì)值。熱循環(huán)時(shí)(圖8(a))，在焊點(diǎn)徑向維持在一定水平時(shí)，總信噪比水平隨著焊點(diǎn)陣列增加而增大，且12×12 總信噪比統(tǒng)計(jì)水平最高；隨機(jī)振動(dòng)時(shí)(圖8(b))，在重要因素交互作用影響下，總信噪比水平隨焊點(diǎn)徑向減小而增加，焊點(diǎn)徑向?yàn)?.42 mm 時(shí)總信噪比水平最高。

基于以上極差和ANOVA 分析得到的BGA 焊點(diǎn)熱循環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果:A1B1C3D3(焊點(diǎn)陣列為12×12，焊點(diǎn)徑向尺寸為0.2 mm，焊點(diǎn)高度為0.38 mm，焊點(diǎn)間距為0.6 mm)；以及BGA 焊點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果:A2B1C1D2(焊點(diǎn)間距為0.46 mm，焊點(diǎn)徑向尺寸為0.42 mm，焊點(diǎn)陣列為10×10，焊點(diǎn)高度為0.30 mm)，我們?cè)俅瓮ㄟ^(guò)FEA 模擬來(lái)驗(yàn)證分析比較該參數(shù)組合是否達(dá)到優(yōu)化目的，詳情見(jiàn)圖9、圖10。經(jīng)計(jì)算表明熱循環(huán)優(yōu)化目標(biāo)降至0.131×10-3，與原始設(shè)計(jì)比，優(yōu)化目標(biāo)降低了89.92%，且信噪比提高到17.72 dB；而隨機(jī)振動(dòng)優(yōu)化目標(biāo)等效應(yīng)力值為24.24 MPa，與原始設(shè)計(jì)的30.37 MPa 相比，降低了20.25%，兩個(gè)優(yōu)化結(jié)果均比表4 中任一組都要低。實(shí)現(xiàn)了最初優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。

圖9 等效塑性應(yīng)變對(duì)比

圖10 隨機(jī)振動(dòng)優(yōu)化組合等效應(yīng)力云圖

3 總結(jié)

針對(duì)BGA 芯片封裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)力學(xué)可靠性指標(biāo)不易測(cè)量的情況，本文運(yùn)用有限元仿真進(jìn)行了分析，并得到了兩種載荷下影響封裝結(jié)構(gòu)失效的關(guān)鍵焊點(diǎn)位置。并運(yùn)用田口法分析驗(yàn)證了焊點(diǎn)直徑、焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)陣列、焊點(diǎn)間距對(duì)BGA 焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)可靠性的影響，并得到了一組優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:熱循環(huán)作用下芯片邊角焊點(diǎn)對(duì)BGA 焊點(diǎn)熱可靠性具有很重要的影響程度，而焊點(diǎn)間距對(duì)BGA 振動(dòng)可靠性具有較重要影響；BGA 焊點(diǎn)熱循環(huán)下參數(shù)優(yōu)化組合焊點(diǎn)陣列為12×12，焊點(diǎn)徑向尺寸為0.2 mm，焊點(diǎn)高度為0.38 mm，焊點(diǎn)間距為0.6 mm，等效塑性應(yīng)變范圍較初始設(shè)計(jì)降低了89.92%；隨機(jī)振動(dòng)下參數(shù)優(yōu)化組合焊點(diǎn)間距為0.46 mm，焊點(diǎn)徑向尺寸為0.42 mm，焊點(diǎn)陣列為10×10，焊點(diǎn)高度為0.30 mm，等效應(yīng)力較初始設(shè)計(jì)降低了20.25%。比較系統(tǒng)且全面地分析了焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)BGA 器件可靠性的影響，對(duì)芯片集成電路設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。