无铅BGA焊点温度循环及四点弯曲可靠性能实验研究

对通讯电子产品中常用到的Sn3.0Ag0.5Cu无铅BGA焊点进行了温度循环及四点弯曲可靠性能实验研究.对比了两种可靠性能实验研究中无铅焊点裂纹扩展特征,发现四点弯曲试验中裂纹为沿品和穿晶混合模式,温度循环裂纹扩展一般沿晶进行,并且温度循环实验后断面处存在明显的再结晶现象.     

有铅焊料焊接无铅BGA回流参数探索

航天电子产品尚未允许采用无铅焊接,而航天电子产品中采用的进口元器件多为无铅器件,因此需要对有铅焊料焊接无铅元器件进行研究。通过对无铅焊球和有铅焊料的焊接特性分析,设计数种回流参数,进行回流焊接试验,并对试验结果进行焊接分析,得出回流峰值温度为228℃~232℃,液相线(217℃)以上时间为50s~60s的回流曲线能较好完成有铅焊料对无铅BGA的焊接。     

有铅和无铅BGA混装工艺研究

分析比对了有铅和无铅两种焊料的不同温度特性。针对军工产品经常面对的有铅和无铅BGA同时组装在一块印制板上的情况,提出了有铅和无铅BGA混合组装的工艺难点。通过工艺试验列举了混合组装中各个环节所应注意的要点,强调要加强过程控制。最后利用各种可靠性试验和分析证明了混合组装焊点的可靠性。     

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。     

废旧BGA器件二次利用的焊接强度研究

BGA器件首先经历2 000 h的温循老化以接近废旧状态,再以自重跌落,然后用锡膏印刷的方法完成焊锡球的修复,最后利用Dage4000测试机对不同状态的器件进行焊锡球推拉力测试。结果发现,随着温循老化的时间增加,失效模式逐渐由韧性失效主导转向脆性失效主导。当焊锡球被修复后,失效模式变为混合模式。通过强度对比可以发现,器件的焊接强度随着温循老化时间的增加而降低。当焊锡球被修复后,焊接强度可以恢复到初始状态的80%左右。修复的焊锡球产生的再生金属间化合物可能是造成焊接强度变化的主要原因。     

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。     

金层和银层铟基焊料钎焊界面组织性能研究

对In40Pb60的铟基近共晶钎料钎焊金属基板钎焊界面(即Cu/Ni/Au/InPb/Ag/Ni/Al结构)进行研究。分析钎焊界面焊点处显微结构及各层成分及厚度,对钎焊焊点进行高温老化,利用SEM对焊点钎料成分与界面形成的金属间化合物进行检测,并进行剪切力学性能测试。结果表明,短时间的老化后焊点AuIn_2和AgIn_2金属间化合物的生成使得焊点力学性能有一定提高,但IMC层不宜过厚,厚度过大焊点的剪切性能会随老化的推进略有下降,应该控制脆性物质的生成使得焊点力学性能达到最高。     

弯曲应力状况下微型BGA封装可靠性比较

文中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（1000με～-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Qη接近500s·℃时,出现寿命最大值。最佳Qη范围在300s·℃～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封装在所有加热因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。     

有铅无铅高密度混装工艺技术研究

随着电子产品无铅化的不断推进,在高可靠电子产品组装中,采用有铅焊料焊接有铅无铅镀层器件并存的情况不可避免。因此混合焊接工艺和焊点的可靠性是研究的重点。本文提出了有铅无铅高密度混装工艺研究方法,针对有铅无铅镀层兼容性、高密度混装再流焊工艺、及有铅无铅高密度混装焊点可靠性开展技术研究工作,并与同行业者分享阶段性研究成果。     

有铅与无铅混用问题举例

首先，有铅工艺遇到无铅元器件。 有的SMT加工厂，虽然还没有启动无铅工艺，但是也遇到了无铅元器件、特别是BGA／CSP和LLP。有的元件厂已经不生产有铅的器件了，因此采购不到有铅器件，这种知道采购的器件是无铅的情况还不可怕，因为可以通过提高焊接温度，一般提高到230—235℃就可以。还有一种措施可以采用无铅焊料和无铅工艺，因为目前过渡阶段普遍情况是无铅焊料和有铅焊端混用，其可靠性还是可以被接受的。但是最糟糕的是无意中遇到了无铅元器件，生产前没有发现，生产中还是采用有铅焊料和有铅工艺，结果就非常糟糕，因为有铅焊料和无铅焊端混用效果最差。     

焊接温度曲线对混装BG A塌落和空洞的影响

采用有铅焊膏焊接无铅BG A 是当前高可靠电子产品组装中应对BG A 器件无铅化的手段之一。混合焊接时焊接温度曲线是影响BG A 焊接质量和焊点性能的关键因素。研究不同焊接温度曲线条件下无铅BG A 的塌落高度和焊点中空洞状况。研究结果表明,采用有铅焊膏焊接SnA gCuBG A ,但焊接峰值温度为215℃和220℃时,BG A 未完全塌落,继续提高峰值温度到225℃,BG A 塌落高度与有铅焊膏焊接有铅BG A 的塌落高度接近;继续升高峰值温度,无铅BG A 的塌落高度变化不大。当焊接峰值温度从215℃提高到230℃,混装焊点中的空洞逐渐减少;焊接峰值温度继续提高,焊点中空洞反而增加。     

一种BGA器件的低温组装工艺方法

介绍了BGA焊接的一般方法,分析了BGA空洞产生的原因;针对高可靠应用场合需求,详细描述了一种可有效减少空洞发生的BGA低温焊接方法,并对采用这种方法焊接的BGA的焊点可靠性进行了分析.     

实现BGA的良好焊接

实现BGA的良好焊接是摆在所有SMT工程技术人员面前的一个课题，从BGA的保存，使用环境以及焊接工艺等方面对BGA焊接质量的影响进行评估。提出建议。针对如何实现BAG的良好焊接给出了有价值的解决方案。     

BGA"枕头效应"焊接失效原因

针对BGA的一类典型的焊接失效模式"枕头效应"选取了一个典型案例进行分析,详细介绍了分析的过程以及采用的手段,通过采用X-ray、金相切片、SEM&EDS和工艺模拟等分析手段,获得了导致BGA"枕头效应"产生的主要原因,即锡膏与焊接工艺不兼容造成其焊接不良.同时,以此总结和分析了其他导致此缺陷的原因和应采取的对策.     

BGA芯片的返修与锡球重整

详细介绍了BGA芯片的返修与植球的流程和工艺。     

BGA组装技术及其质量控制

BGA器件已越来越广泛地应用到电子产品中,并且随着μBGA和CSP的出现,组装难度越来越大,工艺要求也越来越高。主要分析了影响BGA组装质量的各个环节因素,从工艺控制、组装操作、管理和检测判定等四个方面详细阐述了控制质量关键点及实施要求。     

热疲劳载荷作用下不同成分BGA焊点可靠性

针对微电子组装中常见的BGA封装形式,对比采用3种不同成分的BGA焊球和焊膏组合(锡铅共晶焊球和锡铅共晶焊膏Sn63Pb37、Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏以及Sn3Ag0.5Cu焊球和Sn3Ag0.5Cu焊膏)焊接得到的BGA焊接界面。经过不同周期的热疲劳试验后,在金相显微镜和电子背散射衍射下观察,发现Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏混装形成的BGA焊点中黑色的富锡相均匀弥散分布在焊球内,在热循环载荷作用下极难形成再结晶,抗热疲劳性能最好。     

BGA焊点的形态预测及可靠性优化设计

制定了BGA(球栅阵列)焊点的形态预测以及可靠性分析优化设计方案，对完全分布和四边分布的两种BGA元件，通过改变下焊盘的尺寸得到不同钎料量的焊点，并对其形态进行了预测，建立了可靠性分析的三维力学模型。采用有限元方法分析了元件和焊点在热循环条件下的应力应变分布特征，预测了不同种类和不同形态的BGA焊点的热疲劳寿命，由此给出了最佳的上下焊盘比例范围。     

微电子器件可靠性研究与展望

本文扼要介绍了近５年来我国在微电子器件（半导体分立器件及集成电路）可靠性研究方面所取得的进展与成果及存在的问题。预计今后５～１０年内，我国微电子器件可靠性研究工作将在５个方面展开，器件可靠性水平将提高１～２个数量级。