塑封倒装焊器件DPA试验流程研究

倒装焊器件与常规的引线键合结构不同,现行的DPA标准不能完全适用于倒装焊结构.结合现有标准和倒装焊器件结构特点,以某塑封倒装焊集成电路器件为例,提出一套经过试验验证的、实用性强的倒装焊器件DPA试验流程.在原来标准的基础上提出了对BGA焊球材料成分分析、底充胶检查的超声扫描要求、芯片凸点结构检查等一些新的DPA要求.BGA焊球材料成分分析是使用能谱分析实现的,而芯片凸点结构检查则是通过对器件进行研磨开封实现的.经过试验验证,该流程方案可用于倒装焊集成电路器件的实际DPA工作.     

塑封倒装焊焊点开裂分析及改善研究

随着科技的发展,半导体元器件小型化、高性能、轻量化的需求日益迫切,塑封倒装焊技术得到了广泛应用。因为基板的易形变性及各封装材料间的热膨胀系数不匹配,焊点开裂成为影响封装可靠性的重要因素之一。为了研究倒装焊产品在封装制程中焊点开裂的失效原因,利用有限元分析（ANSYS）软件建立倒装焊塑封封装体有限元模型,模拟回流焊过程中的塑封基板形变与凸点应力分布,并分析焊点开裂失效的原因。结果表明,在回流焊过程中,基板形变量大于裸芯,外围凸点倾斜较大,承受的应力及应变能最大,外沿凸点为最易失效点,采用加载具作业可显著降低失效风险。     

随机振动下板级组件焊点可靠性研究进展

针对板级组件焊点在随机振动下的可靠性问题,对与之相关的实验研究成果和仿真结果进行了综述。首先介绍了球栅阵列(BGA)封装芯片焊点失效的位置,BGA焊点的材料以及BGA参数和印制电路板(PCB)参数对焊点可靠性的分析,并介绍了疲劳寿命预测方法和子模型法、特殊结构的随机振动分析。最后,提出了随机振动情况下的BGA结构的优化方法。     

倒装焊SnPb焊点热循环失效和底充胶的影响

采用实验方法 ,确定了倒装焊 Sn Pb焊点的热循环寿命 .采用粘塑性和粘弹性材料模式描述了 Sn Pb焊料和底充胶的力学行为 ,用有限元方法模拟了 Sn Pb焊点在热循环条件下的应力应变过程 .基于计算的塑性应变范围和实验的热循环寿命 ,确定了倒装焊 Sn Pb焊点热循环失效 Coffin- Manson经验方程的材料参数 .研究表明 ,有底充胶倒装焊 Sn Pb焊点的塑性应变范围比无底充胶时明显减小 ,热循环寿命可提高约 2 0倍 ,充胶后的焊点高度对可靠性的影响变得不明显     

倒装焊SnPb焊点热循环失效和底充胶的影响

采用实验方法,确定了倒装焊SnPb焊点的热循环寿命．采用粘塑性和粘弹性材料模式描述了SnPb焊料和底充胶的力学行为,用有限元方法模拟了SnPb焊点在热循环条件下的应力应变过程．基于计算的塑性应变范围和实验的热循环寿命,确定了倒装焊SnPb焊点热循环失效Coffin-Manson经验方程的材料参数．研究表明,有底充胶倒装焊SnPb焊点的塑性应变范围比无底充胶时明显减小,热循环寿命可提高约20倍,充胶后的焊点高度对可靠性的影响变得不明显．     

倒装焊陶瓷封装失效模式分析及失效机理研究

随着封装技术的发展,倒装焊技术得到广泛的应用,倒装焊的研究也越来越广泛深入。文章阐述了倒装焊封装的失效模式,主要有焊点疲劳失效、填充胶分层开裂失效、电迁移失效、腐蚀失效、机械应力失效等。并分析了陶瓷基板倒装焊温度循环试验后的失效模式,陶瓷倒装焊封装失效的机理主要是倒装芯片焊点与UBM界面金属间化合物应力开裂失效。根据失效机理分析,进行陶瓷倒装焊工艺优化改进,试验达到了JESD22-A104C标准规定的温度循环:-65℃～+150℃、500次循环、3只样品无失效的要求。     

ESPI在板级BGA封装器件焊球失效检测中的应用

球栅阵列封装(BGA)综合性能好,广泛应用于表面贴装.采用电子散斑干涉(ESPI)离面位移光路,在简单机械加栽情况下,对板级组装BGA器件的离面位移进行测量,比较了完好BGA、焊球分层BGA与焊球脱落BGA器件的测量结果.发现焊球有缺陷样品的条纹形状与完好样品相比有明显的差别,ESPI条纹在失效焊点附近发生突变.通过计算ESPI的位移测量值后,可判断BGA焊点的失效位置.结合有限元(FEM)模拟,对位移异常的BGA焊点进行分析.通过将计算结果与ESPI的位移测量值比较,可判断BGA焊点的失效模式.     

BGA封装倒装焊点不同接触面跌落失效的研究

采用自由跌落的试验方法,研究了BGA(球栅阵列)封装自由跌落到不同材质基板后的可靠性,对比分析焊点裂纹产生、扩展直至断裂的机理。对失效封装芯片进行了染色处理,观察BGA封装中焊点的失效位置和焊点内部裂纹的形貌。结果表明,不同接触面上焊球裂纹都经历稳态-扩展-失效的过程,石质接触面上裂纹出现最早,裂纹扩展最快,失效最快,钢质接触面次之,最后是木质接触面。木质接触面的焊点失效模式主要是焊盘失效;钢质和石质接触面的焊点的失效模式以金属间化合物失效为主。比例风险模型(PHM)估计得到的寿命值与试验结果误差较小,能有效预测焊点自由跌落条件下的寿命。     

SAC BGA元件使用共晶锡铅焊膏的焊点可靠性评定（二）

本文是英特尔公司关于研究Sn—Ag—Cu BGA类型元件使用共晶Pb—Sn焊膏（无铅的向下兼容问题）的一系列研究报告中的第二篇。在此系列研究中所使用的封装类型包括：a）0．5mm间距的vfBGA（极细间距BGA），b）0．8mm间距的SCSP（芯片级尺寸封装），C）1．0mm及1．27mm间距的wbPBGA（引线键合塑封BGA）。本文集中讨论wbPBGA元件与另外两种类型元件在使用共晶Pb-Sn焊膏的向下兼容问题上的对比效果。 元件的组装在标准的Pb—Sn组装条件下使用不同的回流温度曲线。峰值温度的设定从208℃到222℃。回流曲线类型有浸润型曲线（Soak profile）以及帐篷型曲线（Direct ramp up profile）。回流后的结果既有因为Sn—Ag—Cu BGA焊球完全熔化和塌落形成的一致的焊点微观结构，也有由于BGA焊球的部分熔化和塌落形成的非一致的焊点微观结构。焊点可靠性（SJR）的评估是根据温度循环（-40℃至125℃，每30分钟循环一次）以及机械震动测试所产生的失效来分析。焊点可靠性的测试及失效细节分析将在本文中被一一提及。[编者按]     

基板焊盘的金属层结构对焊接点强度的影响

球栅阵列封装具有高密度、低成本的特点被内存领域广泛采用。在实际的使用过程中由于遭受外界各种形式的机械负载和冲击造成器件失效,典型的失效模式有5类,突出问题是焊点失效,而焊点破裂是失效的主要形式。为了改善焊点的强度,提出了焊球的快速剪切测试以及BGA器件的快速剪切测试方法来检测焊点强度,设计了4种不同金属层结构的基板焊盘,对比了不同基板焊盘的快速剪切强度和失效模式。通过数据分析和失效模式研究,证明含较厚铜层或者镍层的焊盘具有更强的焊接强度。     

基于有限元仿真的BGA焊点可靠性分析

集成化与微型化是芯片集成电路产业发展的特点,其中芯片封装热振失效是影响其可靠性的重要原因。为进一步优化BGA焊点结构并提高可靠性,运用ANSYS将TOPLINE的BGA器件建成了3D模型,进行了数值模拟仿真后,利用田口正交稳健设计进行了BGA焊点结构优化。数值分析表明：芯片边角焊点为热失效关键焊点,距封装中心最远焊点为随机振动失效关键焊点;经田口正交优化热设计,焊点阵列为12×12,焊点径向尺寸为0.42 mm,焊点高度为0.38 mm,焊点间距为0.6 m;随机振动设计焊点间距为0.46 mm,焊点径向尺寸为0.42 mm,焊点阵列为10×10,焊点高度为0.30 mm。本研究中的分析成果对优化球珊阵列芯片封装焊点结构的设计,提升芯片封装器件结构稳定性具有重要意义,所提出的优化设计将对封测产业的生产具有一定的影响和价值。     

下一代BGA封装技术概述

本文简要叙述了下一代BGA封装技术-缩小型的BGA，诸如略大于芯片的载体（SLICC）、倒装焊BGA（FCBGA）和基于TAB的BGA（金属TCP、S-FPAC，高密度QFP）以及无铂焊料的采用，并概述了其应用状况。     

BGA焊点的失效分析及热应力模拟

焊点可靠性问题是发展球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）技术需解决的关键问题。本论文采用立体显微镜检查、x-ray检查、金相切片分析、SEM、EDX等方法详细分析了失效BGA焊点的微结构、裂纹情况、金属间化合物、及空洞对可靠性的影响，得出引起焊点失效的主要原因。在此基础上，采用ANSYS有限元软件，模拟分析了热载荷作用下CBGA焊点的三维应力应变行为。研究了影响焊点（鼓形、柱形）热应力应变分布的几个因素（半径、高度、间距），为在实际焊接过程中，对从焊点形态的角度控制焊点质量提供了理论依据。同时还研究了两种典型无铅焊球（Sn95．5／Ag3．8／Cu0．7，Sn96．5／Ag3．5）与含铅焊料（Sn／37Pb）的热应力应变分布，并对结果作了分析比较。得出Sn95．5/Ag3．8／Cu0．7焊点的von mises等效应力应变最大值小于Sn96．5／Ag3．5焊点与Sn／37Pb焊点，为电子焊料无铅化材料体系的选择提供了理论依据。     

无铅BGA焊点局部再结晶与损伤模式的研究

小型化、高性能的BGA无铅器件已成为现代高集成度电子产品的组装必需器件,在其服役过程中,会经历热循环,出现失效。使用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)和显微硬度,对经历热循环BGA器件损伤模式进行了研究。得出结论:材料的热膨胀系数失配为裂纹萌生和扩展提供了驱动力,裂纹沿着钎料球内部弱化的局部再结晶晶界扩展,最终导致焊点断裂失效。     

晶体类型对无铅BGA焊点疲劳断裂失效影响的研究

借助ANSYS有限元分析软件,使用子模型分析技术对单晶结构和多晶结构两种不同晶体类型的无铅BGA焊点做了应力应变计算,并结合通过扫描电镜(SEM)获取的断裂焊点截面照片,对比分析了不同晶体类型对BGA焊点疲劳断裂失效的影响。得出结论:焊点晶体类型也是影响无铅BGA焊点疲劳断裂失效的重要因素。     

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array, BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一.采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加裁条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响.研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命.     

基于热循环与跌落冲击的BGA焊点可靠性研究

研究了BGA焊点在受到热循环冲击与跌落冲击综合作用下的可靠性,研究了基于不同热循环冲击条件下的电子产品的板级跌落寿命、失效机理与失效模式、断裂行为与Kirkendall空洞的关系。结果表明,有铅焊点比无铅焊点可靠性略高,弹性模量低的BGA与PCB制造材料耐热不耐跌落冲击,并提出了改善电子产品可靠性的办法。     

弯曲应力状况下微型BGA封装可靠性比较研究

微型球栅阵列（μBGA）是芯片规模封装（CSP）的一种形式,已发展成为最先进的表面贴装器件之一。在最新的IxBGA类型中使用低共晶锡．铅焊料球,而不是电镀镍金凸点。采用传统的表面贴装技术进行焊接,研讨μBGA的PCB装配及可靠性。弯曲循环试验（1000～1000με）,用不同的热因数（Qη）回流,研究μBGA、PBGA和CBGA封装的焊点疲劳失效问题。确定液相线上时间,测定温度,μBGA封装的疲劳寿命首先增大,接着随加热因数的增加而下降。当Q。接近500S·℃时,出现寿命最大值。最佳Qη范围在300-750s·℃之间,此范围如果装配是在氮气氛中回流,μBGA封装的寿命大于4500个循环。采用扫描电子显微镜（SEM）,来检查μBGA和PBGA封装在所有加热N数状况下焊点的失效。每个断裂接近并平行于PCB焊盘,在μBGA封装中裂纹总是出现在焊接点与PCB焊盘连接的尖角点,接着在Ni3Sn4金属间化合物（IMC）层和焊料之间延伸。CBGA封装可靠性试验中,失效为剥离现象,发生于陶瓷基体和金属化焊盘之间的界面处。     

倒装焊器件封装结构设计

倒装焊是今后高集成度半导体的主要发展方向之一。倒装焊器件封装结构主要由外壳、芯片、引脚(焊球、焊柱、针)、盖板(气密性封装)或散热片(非气密性封装)等组成。文章分别介绍外壳材料、倒装焊区、频率、气密性、功率等方面对倒装焊封装结构的影响。低温共烧陶瓷(LTCC)适合于高频、大面积的倒装焊芯片。大功率倒装焊散热结构主要跟功率、导热界面材料、散热材料及气密性等有关系。倒装焊器件气密性封装主要有平行缝焊或低温合金熔封工艺。     

BGA／CSP和倒装焊芯片面积阵列封装技术

随着表面安装技术的迅速发展,新的封装技术不断出现,面积阵列封装技术成了现代封装的热门话题,而BGA／CSP和倒装焊芯片（F1iPChip）是面积阵列封装主流类型。BGA／CSP和倒装焊芯片的出现,适应了表面安装技术的需要,解决了高密度、高性能、多功能及高I／O数应用的封装难题。本文介绍了BGA／CSP和倒装焊芯片的封装理论和技术优势及制造流程,并阐述了植球机的基本构成和工作原理。