【摘 要】
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由于市场竞争的日益激烈，多种能量场相继引入到电子产品中来。然而，随着电子产品的微型化、集成化，越来越多的多场耦合问题也随之暴露出来。在微电子器件的失效机理分析中不能忽
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由于市场竞争的日益激烈，多种能量场相继引入到电子产品中来。然而，随着电子产品的微型化、集成化，越来越多的多场耦合问题也随之暴露出来。在微电子器件的失效机理分析中不能忽略多场耦合的作用。本文以应用广泛的塑料球栅阵列封装（Plastic Ball Grid Array，PBGA）为研究对象，结合理论研究与数值分析的方法，建立多场耦合分析的模型，运用多物理场耦合分析的方法对典型的PBGA封装结构进行可靠性分析。 首先，利用热-结构耦合方法和Engelmaier疲劳模型，对温度循环载荷作用下PBGA的疲劳寿命进行预测。在此基础上，利用计算机数值仿真实验的方法，对焊点间距、焊点直径和焊点高度三个参数进行参数敏感度分析。结果表明，热循环作用下PBGA结构最容易失效的位置在焊点处，通过减少焊点直径和间距，增大焊点高度有利于提高电子器件的疲劳寿命，从而提高结构的可靠性。 为了进一步研究焊点处的失效机理，采用内聚力模型法对焊点/金属间化合物（Intermeta llic compound，IMC）界面的脱层开裂进行研究。结果表明：位于最外侧的焊点/IMC界面具有较大的损伤值。脱层开裂最先发生在各个界面的两端，随着热循环次数的增加逐渐沿着界面向里扩展。在热循环的前几个阶段，各个界面的最大损伤值增长较快，随着热循环的继续加载，界面最大损伤值逐渐趋于稳定。 考虑湿热耦合的影响，建立热-湿-结构三场的耦合模型，并对电子器件在热-湿-结构三场耦合作用下的失效机理进行分析。结果表明：芯片在非工作状态下，材料的吸湿膨胀是引起失效的主要原因，而在芯片工作状态下，热应力对结构的可靠性影响起主导地位，湿应力的影响比较小可以忽略。 本文的研究结果为合理、安全、稳健的微电子器件结构设计提供理论参考。
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