无铅焊点失效模式及可靠性影响因素研究

传统的铅锡焊料中,铅及其化合物会给人类健康及环境带来严重危害,因此无铅焊料的研究与应用成为近年来的热点问题。由于焊料从有铅向无铅的转变,同时工艺参数随之调整,给焊点的可靠性带来了不可忽视的影响。本文从无铅焊点的可靠性出发,分析了焊点的几种主要失效模式,并从设计、焊料的选择以及工艺参数等方面分析了影响无铅焊点可靠性的因素,将无铅焊点所存在的新的可靠新问题进行了归纳与讨论。     

无铅焊点的可靠性问题

焊点的质量与可靠性很大程度决定了电子产品的质量。随着环境保护意识的增强,无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点问题。无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整,必不可少地会给焊点可靠性带来新的影响。本文从设计、材料及工艺角度分析了影响无铅焊点可靠性的因素,对无铅焊点可靠性测试方法做了介绍。     

QFP焊点可靠性研究

随着人们对健康和环境的要求越来越高,无铅焊料的研究倍受封装业的重视。塑性应变是影响电子封装焊点可靠性的主要因素,文章采用在多次温度循环条件下进行有限元数值模拟的方法,针对由不同元素(Sn,Pb,Ag,Cu)及配比构成的焊料,计算QFP焊点的塑性应变,定量评估其可靠性。给出焊料各参数对焊点可靠性的影响程度,仿真表明焊料激活能与气体常数的比值的变化对焊点可靠性影响最大,相应的焊点Y向塑性应变均值仅为优化前的11%。所得的结果可为今后QFP封装时的焊料选择提供新的理论依据。     

热学环境下2.5D封装器件60Pb40Sn互连焊点可靠性研究

2.5D封装具有信号传输快、封装密度高等特点,被广泛应用于高性能集成电路封装工艺中。目前2.5D器件在互连焊点方面通常采用无铅焊料,不满足宇航用器件含铅量不低于3%的要求。采用60Pb40Sn焊料作为2.5D封装器件中硅转接基板与上层芯片之间互连焊点,评估了60Pb40Sn焊点的互连可靠性,结果显示器件在1000次-65～150℃温度循环、1000 h 150℃稳定性烘焙、500次-65～150℃热冲击后互连合格,初步证实了60Pb40Sn焊料在2.5D封装器件应用的可行性。     

无铅焊点的可靠性研究

焊点的质量和可靠性很大程度上决定了电子产品的质量.随着环境保护意识的增强,无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点.无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整,其可靠性势必会受到新的影响.从设计、材料和工艺角度分析了影响无铅焊点的可靠性的因素,最后分析了焊点的常见的可靠性问题产生的原因,并给出了相应的解决办法.     

有限元数值模拟在BGA/QFP/CCGA器件焊点可靠性研究中的应用

有限元数值模拟方法因其可以有效研究IC封装中无铅焊点的可靠性,被国内外专家学者所青睐,使得无铅焊点可靠性数值模拟成为IC封装领域的重要研究课题。综述了有限元法在球珊阵列封装(BGA)、方型扁平式封装(QFP)、陶瓷柱栅阵列封装(CCGA)3种电子器件无铅焊点可靠性方面的研究成果。浅析该领域国内外的研究现状,探究有限元方法在无铅焊点可靠性研究方面的不足及解决办法,展望无铅焊点可靠性有限元模拟的未来发展趋势,为IC封装领域无铅焊点可靠性的研究提供理论支撑。     

无铅焊点的可靠性问题

焊点的质量与可靠性很大程度决定了电子产品的质量。随着环境保护意识的增强，无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点问题。无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整，必不可少的会给焊点可靠性带来新的影响。本文从设计、材料、及工艺角度分析了影响无铅焊点可靠性的因素，对无铅焊点可靠性测试方法做了介绍。     

倒装焊封装中无铅焊点在封装工艺中的热机械力学分析

采用粘塑性Garofalo—Arrhenius模型描述无铅焊料的蠕变行为，确定了96．5Sn3.5Ag焊点材料的模型参数。采用与固化过程相关的粘弹性力学模型描述倒装焊底充胶的力学行为。利用有限元法模拟了无铅板上倒装焊在封装工艺及热循环条件下的应力应变行为。结果表明由于无铅技术在封装中的引入，封装工艺对倒装焊器件的影响更为重要。     

国外工艺文献导读

发现隐藏的贴装问题,焊盘中的微孔：可能的结果与解决方案,一种新型的低熔点无铅焊料,无铅焊点砷影响空洞的因素,COG与COF封装技术[编者按]     

BGA混合焊点热循环负载下的可靠性研究

焊料从有铅向无铅转换中,不可避免会遇到二者混合使用的情况,有必要对生成的混合焊点进行可靠性研究。通过对不同工艺参数下形成的混合焊点和无铅焊点进行了外观检测、X射线检测和温度循环测试。结果显示,只要工艺参数控制得当,混合焊点是可行的。在焊球合金、焊料合金、峰值温度、液相线以上时间和焊接环境五个关键因素中,前四项对焊点可靠性比较重要,焊接环境对焊点可靠性的影响不很显著。     

微电子封装无铅焊点的可靠性研究进展及评述

在电子电器产品的无铅化进程中,由于封装材料与封装工艺的改变,焊点的可靠性已成为日益突出的问题。着重从无铅焊点可靠性的影响因素、典型的可靠性问题及无铅焊点可靠性的评价3个方面阐述了近年来该领域的研究状况,进而指出无铅化与可靠性研究需注意的问题和方向。     

向后兼容混合焊点的可靠性分析

在从有铅向无铅转换过程中,电子产品制造商不可避免会碰到同一组装过程中有铅和无铅的混合情况.因此,有必要对形成的混合焊点进行可靠性分析.对混合焊点的失效形式和混合焊点的失效机理进行了分析,并进一步介绍了影响这类焊点可靠性的因素.     

无铅再流焊冷却速率研究应用现状

阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状,总结了冷速对无铅钎料以及SMT焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷,提高焊点可靠性。     

微连接焊点可靠性的研究现状

从焊点的形态预测、焊点应力应变过程的数值模拟以及其热疲劳寿命预测等三个方面对近年来国内外在微连接焊点可靠性方面的研究进行了综述,指出探索多因素作用下焊点三维形态的通用性预测模型、研究更为精确的物理模拟方法及在此基础上的数值模拟和对新型无铅钎料的可靠性进行研究将是未来的发展方向。     

湿热环境下倒装焊无铅焊点的可靠性

对板上倒装芯片底充胶进行吸湿实验,并结合有限元分析软件研究了底充胶在湿敏感元件实验标准MSL—1条件下吸湿和热循环阶段的解吸附过程,测定了湿热环境对Sn3.8Ag0.7Cu焊料焊点可靠性的影响,并用蠕变变形预测了无铅焊点的疲劳寿命。结果表明:在湿热环境下,底充胶材料内部残留的湿气提高了焊点的应力水平。当分别采用累积蠕变应变和累积蠕变应变能量密度寿命预测模型时,无铅焊点的寿命只有1740和1866次循环周期。     

锡基无铅钎料的性能研究与新进展

介绍了现阶段锡基无铅钎料的使用和生产情况,归纳了钎料合金的特点,综述了不同系列无铅钎料的熔化特性、焊后的剪切强度及可焊性等,总结了目前无铅钎料研究所取得的新成果、新进展以及存在的问题。从锡晶须,虚焊等方面指出了无铅钎料可靠性的不足,并提出部分解决方案,指出了无铅钎料的发展趋势和应用前景。     

低银无铅焊膏板级封装工艺和焊点可靠性试验

针对低Ag无铅焊膏的市场需求,研究开发了一种适用于99.0Sn0.3Ag0.7Cu低Ag无铅焊膏用松香型无卤素助焊剂(WTO—LF3000),配制了相应的无铅焊膏(WTO—LF3000—SAC0307),并对其板级封装工艺适应性及焊点可靠性进行了考察,用测试后样品的电气可靠性作为接头可靠性评价条件。结果表明:所开发的低Ag无铅焊膏熔点和润湿性符合产品实际要求。配制的焊膏印刷质量良好,焊点切片观察其孔隙率<25%,满足行业标准IPC—A—610D之要求。样品分别经跌落、震动和温度循环试验后,无焊点脱落等现象,电气功能正常。     

无铅回流焊冷却速率研究应用现状

阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状,总结了冷速对无铅钎料以及SMT 焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷,提高焊点可靠性。