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BGA(Ball Grid Array)由于具有高密度、体积小、高可靠性、信号延迟少等优势,目前正逐步成为高端IC和ASICs封装的主流技术。BGA通过焊球直接实现组件和PCB (Printed Circuit Board)板的电气及机械刚性连接,形成更高一级的功能模块。但是电子器件在制造和服役过程中要承受振动、机械和热应力,而且焊点金属间化合物(IMC)的过度生长、焊接的缺陷等原因,常常造成焊点的失效,进而引起整个BGA器件电路中断乃至失效,可见BGA焊点的完整性是影响电子产品可靠性的一个关键因素,同时由于Pb对环境及人体的危害,在绿色环保的要求下,电子封装基本实现无铅化,无铅焊料Sn-Ag-Cu以其良好的综合性能逐渐代替了传统的Sn-Pb焊料,但是由于它的成本较高、润湿性能较差,使其在大规模应用于实际电子产品中受到制约,尤其是焊球采用新的无铅化工艺后,BGA焊球的失效研究尚不充分。因此,研究Sn-Ag-Cu无铅焊点性能对BGA封装器件的实际应用具有重大的意义。本文对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅BGA封装器件和焊球进行拉伸和剪切实验。封装器件实验主要研究焊盘表面镀层、时效温度及时效时间对焊点机械性能、断裂模式及断裂机制的的影响。同样,BGA微焊球实验研究了剪切速率、时效温度及时效时间对焊点力学性能、断裂模式及断裂机制的影响,并采用二维非线性有限元分析法(FEA)对焊点在不同剪切速率下的应力、应变分布进行了深入研究。针对IMC层对无铅焊点可靠性的影响,本文研究了IMC层在回流焊及时效过程中的生长。利用扫描电子显微镜(SEM)观测分析了IMC层形貌、厚度以及组织成分随时效温度升高、时效时间增加的变化,并与拉伸、剪切测试数据结合,定性的分析了BGA无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点IMC层对焊点连接强度的影响。本文研究结果表明,BGA封装器件焊点的剪切强度随时效时间的延长,时效温度的增加而下降,拉伸强度在115℃时效呈先降后升的趋势,在165℃时效呈持续下降趋势,在相同时效条件下,焊盘经Ni/Pd/Au处理的焊点强度高于OSP处理的焊点;断裂位置随时效温度的升高和时间的延长,由焊球断裂向界面开裂及焊盘失效转变,焊点内部结构粗化,IMC增厚,且与老化时间的平方根呈线性关系,断裂模式由韧性断裂向脆性断裂发展;BGA微焊球剪切强度随剪切速率的升高而下降,而拉伸速率对抗拉强度基本上没有影响,在65℃和115℃时效,剪切强度和抗拉强度没有明显的变化,在165℃时效,剪切强度和抗拉强度持续下降。有限元模拟所得BGA焊球剪切等效塑性应变随剪切速率的增加而下降,而等效应力随剪切速率的增加而增加。