vf-BGA封装焊球热疲劳可靠性的研究

采用有限元分析方法对 vf- BGA焊球的热疲劳特性进行了模拟 .通过扫描电镜 (SEM)对温度循环试验后焊球金属间化合物 (IMC)层和剪切强度试验后的断裂面进行了形貌、结构和组分的观察及分析 .实验和模拟结果表明 :热疲劳负载下焊球的剪切疲劳强度 ,受到焊球塑性应变能量的积累和分布以及金属间化合物层的厚度和微结构变化导致的界面脆性等因素的影响 .使用 Darveaux能量疲劳模型的裂纹初始化寿命预测结果与实验数据一致     

WLCSP焊球直径对其剪切强度和失效模式的影响

为满足电子设备不断小型化与多功能化的需要,圆片级芯片尺寸封装(WLCSP)芯片上焊球的尺寸不断缩小,焊球直径达100 μm.选用100,150,200,250和300 μm SAC (Sn-Ag-Cu)5种不同尺寸焊球的WLCSP芯片样品,经历相同的回流历程,对不同尺寸单个焊球进行剪切实验,从而得到焊球剪切强度和失效模式,抛光截面并测量了焊球金属间化合物(IMC)层的厚度.研究发现,随着焊球直径减小,IMC层厚度呈线性下降,经过回流历程后,IMC厚度随焊球直径增大而增厚,过薄和过厚的IMC层都减弱焊球剪切强度.经过回流后,界面断裂成为主要的断裂模式.     

IMC生长对无铅焊球可靠性的影响

通过模拟及实验研究了IMC层及其生长对无铅焊点可靠性的影响.采用回流焊将无铅焊球(Sn3.5Ag0.7Cu)焊接到PCB板的铜焊盘上,通过-55～125℃的热循环实验,获得了IMC厚度经不同热循环次数后的生长规律.采用有限元法模拟了热循环过程中IMC厚度生长对无铅BGA焊点中应力变化的影响,并由能量疲劳模型预测了无铅焊点寿命.计算结果显示,考虑IMC层生长所预测的焊点热疲劳寿命比不考虑IMC层生长时缩短约30%.     

FeNi合金UBM圆片级封装焊点剪切力研究

FeNi合金与无铅焊料反应速率低,生成的金属间化合物(IMC)较薄,有望作为圆片级封装(WLP)凸点下金属(UBM)层材料.对两种FeNi UBM以及一种Cu UBM圆片级封装样品进行回流、湿热以及预处理实验,并通过推球的方法,对其焊点进行剪切测试.通过断面与截面分析,研究其在不同处理条件下的金属间化合物生长情况,分析其断裂模式.结果表明,FeNi UBM焊点剪切力高于Cu UBM.Fe47Ni UBM与焊料反应生成的金属间化合物较薄,对于剪切力影响较小,而Fe64Ni UBM与焊料反应生成离散的CuNiSn金属间化合物,对于其焊点强度有提高作用,Cu UBM与焊料反应生成较厚的金属间化合物,会明显降低焊点的剪切力.断面分析表明,Cu UBM会随焊球发生断裂,其强度明显小于FeNi UBM.     

化学镀Ni-P在纯锡凸点的应用及界面研究

采用化学镀Ni-P作UBM阻挡层,利用电镀的方法制备了面阵列和周边排布的无铅纯锡凸点,凸点高度为85±2μm,一致性良好。研究了不同回流温度下纯锡焊球的剪切强度、断裂模式和与Ni-P层反应生成的金属间化合物。结果表明,纯锡凸点回流时与Ni-P生成针状Ni3Sn4,凸点剪切强度达到92MPa以上。剪切断裂为韧性断裂,随着回流温度提高及回流时间延长,Ni3Sn4相由针状向块状转变,Ni-P层与Ni3Sn4层间生成层状Ni3P相,粗化的Ni3Sn4相受压应力向焊球内部脱落。     

添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响

对1.4 mm厚的DP590双相钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr(质量分数,下同)粉末的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射技术(EBSD)和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相Fe Sn、Fe3Sn和Fe3Al、Fe Al、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明,添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa,与未添加粉末相比,剪切强度提高,新形成Zr Al3化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸,Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散,减少Fe-Al金属间化合物层厚度,新形成物相Fe Sn,Fe3Sn具有较好的延性,Sn-5%Zr粉末改变了界面层Fe-Al金属间化合物脆性相与延性相的比例,添加粉末增加焊缝熔宽,提高焊合率,因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。     

无铅钎料焊点界面与剪切行为的研究

研究了三种不同合金钎料回流时间和老化时间对焊点界面行为和剪切性能的影响。结果表明:回流时间和老化对金属间化合物的生长和剪切力有相似的影响;焊后界面处和焊料中均有明显的金属间化合物;随着回流时间和老化时间的延长,金属间化合物生长明显。层厚不断增大;界面形貌从长针状转变成扇贝状,并且齿高减小;合金成分对剪切力影响不明显。在中速应变率下,剪切力减小。Sn-3.5Ag显现出较好的剪切性能,剪切力为77~82 N。     

MEMS压力传感器上柔性化凸点制备方法

介绍了一种适用于MEMS压力传感器的低成本、柔性化凸点下金属层(Under Bump Metal,UBM)和凸点(Bump)的制备工艺。其中凸点下金属层分为Ni-P/Cu两层,使用化学镀的方法沉积在Al焊盘表面;凸点通过焊膏印刷回流预制于陶瓷基片上,再通过转移工艺移植到焊盘上。为了检验此套工艺制出的凸点结构是否具有足够的强度,对凸点进行了剪切破坏试验。结果表明,凸点与凸点下金属层、凸点下金属层与Al焊盘均结合牢固,破坏主要发生在焊料凸点内最薄弱的金属间化合物层(Intermetallic Compound,IMC)。     

BGA红外植球技术

BGA(Ball Grid Array)，即球栅阵列封装，是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的I/O端与印刷线路板(PCB)互联，广泛应用于各类PCBA中。采用田口方法开展试验设计，对一类球栅阵列封装器件植球方法进行了研究，通过评估焊点推力和焊接界面金属间化合物厚度等参数响应，获得了组装工艺参数对BGA器件植球特征的影响规律。     

微电子封装中Sn—Aq—Cu焊点剪切强度研究

提出了一种对微电子封装器件中焊点剪切强度进行测试的方法，可有效降低测试误差。利用该方法，对Sn—Ag—Cu无铅焊料分别在Cu基板和Ni-P基板上形成的焊点，经不同的热时效后的剪切强度进行了测量，并对断裂面的微观结构进行了研究。结果表明，新的剪切测试方法误差小，易于实施，焊点剪切强度、断裂面位置与焊料在不同基板界面上金属间化合物的形貌、成分有关。