高密度CCGA热疲劳仿真及可靠性分析

陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装具有优良的电热性能和高密度的信号互连特点，是航空航天等高可靠应用领域的首选。当引脚超过1 000以上时，由于封装形式及材料本身特性，高密度CCGA在温度变化环境中更容易出现失效。针对CCGA1144结构开展温度循环试验，通过微观结构观察和有限元仿真，研究在-55～125℃温度循环条件下，焊柱应力分布、变化规律、失效原因及模式。结果表明，温度循环过程中外圈焊柱与内圈焊柱相比，等效形变、等效应力、等效应变及塑性应变变化范围更大，更容易发生失效，特别是外圈的边缘焊柱。研究给出了热疲劳试验过程中焊柱的薄弱点，指出0.15～0.60 mm及2.17～2.43 mm两个区间是焊柱发生裂纹和断裂失效的危险区域，且后者区间更易产生裂纹及断裂。提出了焊柱热疲劳的3种失效模式，指出焊柱在疲劳机制、蠕变机制共同作用下产生损伤或失效，给出了加固和优化设计方向的建议。研究结果对高密度CCGA的质量改进提升、发展和应用具有指导意义和参考价值。