BGA焊点可靠性研究综述

随着集成电路封装技术的发展,BGA封装得到了广泛应用,而其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。该文介绍了BGA焊点可靠性分析的主要方法,同时对影响焊点可靠性的各因素进行综合分析。并对BGA焊点可靠性发展的前景进行了初步展望。     

基于随机振动过程应力分析的BGA焊点结构优化

建立了板级BGA(Ball Grid Array)焊点有限元分析模型,选取芯片高度、焊点直径、焊点高度、焊点间距作为设计变量,以焊点应力作为响应目标,分别采用田口正交及曲面响应法设计了25组不同水平组合的焊点模型并进行仿真计算,通过数理统计分析及回归分析对焊点结构参数进行了优化,获得了焊点应力最小结构参数最优水平组合.结果表明：在相同条件下,曲面响应优化的结果优于田口正交的结果;应力最小的焊点水平组合为焊点直径0.32 mm,焊点高度0.20 mm,焊点间距0.36 mm;最优水平组合等效应力值为0.3915 MPa,降低了0.65 MPa,实现了BGA焊点结构参数的优化.     

BGA焊点互连的可靠性

与SOIC、PLCCs或QFPs相比,母板上BGA互连一般在每个设备上有更多焊点,因此出现故障的可能性也随之增大.加上对它检查、返工和维修都比较困难,所以确保成形阵列互连的一致性,以及它们的质量及集成度都很重要.阵列互连的可靠性主要有两方面,首先,阵列焊点互连较传统的外引线互连顺从性要低.顺从性低导致互连在疲劳环境里性能下降.这里的疲劳环境是由温度波动及内部电路开/关造成热应力导致的.另外,在板级装配中,表面安装阵列互连及其应用相对来说才刚刚起步,缺乏性能方面的统计数据。影响焊点长期可靠性的因素主要有以下6点。     

微尺度BGA焊点拉伸过程有限元仿真分析

建立了微尺度 BGA焊点拉伸有限元分析模型,研究了拉伸加载条件下焊点高度、直径和焊盘直径对焊点拉伸应力应变的影响。结果表明：拉伸条件下,微尺度 BGA焊点顶端和底端的应力应变要大于焊点中间部分,焊点顶部和底部位置为高应力应变区域;在只单一改变焊点高度、直径和焊盘直径其中之一的前提下,随着焊点高度、直径和焊盘直径的增加,微尺度BGA焊点内的最大应力应变均相应减小;在置信度为90%的情况下,焊点直径对拉伸应力影响最大,其次是焊盘直径,最后是焊点高度;焊点直径对焊点拉伸应力具有显著影响,焊盘直径和焊点高度对焊点拉伸应力影响不显著。     

BGA焊点空洞问题分析

BGA器件已经广泛应用于各个领域,首先对BGA器件进行了简介,在给出其焊点质量检验合格判据后,针对BGA组装过程中常见现象空洞,分析了空洞产生的机理,并进一步说明空洞对焊点可靠性的影响。最后根据空洞产生机理提出了一些措施以减少和改善空洞。     

基于有限元分析的BGA焊点可靠性研究

介绍了应用最小能量原理对球栅阵列(BGA)器件焊点建立三维形态预测模型,以及利用有限元方法分析不同形态焊点在热循环条件下的应力应变分布特征.基于分析结果对三种不同引脚中心距的BGA进行组装工艺优化设计,通过环境筛选试验的验证,考核了工艺设计的可靠度.证明热应力交变下,焊点内部疲劳损伤现象与理论预测一致,有限元分析(FEA)在焊点可靠性研究中是一种有效的途径.     

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。     

基于FEA的Cu pad模型对焊点可靠性的影响分析

随着集成电路封装技术的发展,器件焊点可靠性成为国内外研究的重点,该文介绍了影响BGA焊点可靠性的常见因素,并以一块电路板为例,构建带有焊点亚结构——Cu pad和无Cu pad的两种电路板模型,仿真分析热循环条件下Cu pad对焊点可靠性的影响,为整板简化建模提供参考意见。     

BGA焊点的缺陷分析与工艺改进

本文将结合实际工作中的一些体会和经验，就BGA焊点的接收标准，缺陷表现及可靠性等问题展开论述，特别对有有争议的一种缺陷空洞进行较为详细透彻的分析、并提出一些改善BGA焊点质量的工艺改进的建议。     

BGA焊点的有限元模拟仿真分析

首先建立了BGA单个焊点的模型,然后对其加载温度循环载荷、设定边界条件,并利用有限元分析工具ANSYS进行计算,得出了应力应变的分布云图。根据计算后从各关键部位提取的应力应变随时间的变化关系对焊点可能发生失效的位置进行了讨论,研究结果对焊点的可靠性评估有一定的指导意义。     

孔洞对BGA封装焊点热疲劳可靠性影响的概率分析

采用有限元分析、蒙特卡罗模拟和概率分析相结合的方法,研究了BGA(Ball Grid Array)封装焊点内部孔洞对焊点的热疲劳可靠性的影响规律。先用X-Ray检测仪对BGA封装进行无损检测,获得焊点内部孔洞尺寸及其分布规律,然后通过有限元软件建立BGA封装模型进行计算分析,针对危险焊点进行参数化建模,建立了含孔洞尺寸及位置呈随机分布的焊点有限元分析子模型。通过后处理获取塑性应变能密度作为响应值,构造随机孔洞参数与塑性应变能密度的代理模型,并运用蒙特卡罗随机模拟方法,研究了孔洞对焊点热疲劳可靠性的影响规律。结果表明,除了位于焊点顶部区域的小孔洞以外,大部分孔洞的出现都会提高焊点的热疲劳可靠性。     

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。     

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。     

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。     

BGA器件及其焊点的质量控制

随着科学技术的不断发展,现代社会与电子技术息息相关,超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。要达到这一目标,就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。SMT(Surface Mount Technology表面安装)技术顺应了这一潮流,为实现电子产品的轻、薄、     

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。     

混装条件下BGA焊点空洞问题

阐述了在实际工作中遇到的混装BGA焊点空洞问题;介绍了常用的混装BGA焊接方法并对其利弊进行了分析;介绍了BGA焊点空洞的检验标准;通过对无铅BGA焊点与有铅BGA焊点的对比,分析了BGA焊点空洞的成因;从管理措施、工艺手段和操作经验等多个角度总结了控制BGA焊点空洞形成的诸多要素.     

BGA焊点的质量控制

BGA是现代组装技术的新概念，它的出现促进SMT(表面贴装技术)与SMD(表面贴装元器件)的发展和革新，并将成为高密度、高性能、多功能及高I／O数封装的最佳选择。本文将结合实际工作中的一些体会和经验，就BGA焊点的接收标准、缺陷表现及可靠性等问题展开论述，特别对有争议的一种缺陷空洞进行较为详细透彻的分析，并提出一些改善BGA焊点质量的工艺改进的建议。