ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究

采用显微形貌、微观结构和元素成分分析等物理分析方法,以不同类型的化镍浸金(electroless nickel/immersion gold,ENIG)基板为对象,分析了其焊点在不同情形下的失效模式和失效机理,阐述了黑盘缺陷的主要失效特征,研究了具有黑盘缺陷的化镍浸金基板的重工工艺.研究结果显示,Ni层断裂表面单一的高P含量或轻微Ni层腐蚀不能作为黑盘缺陷的唯一依据,已形成良好金属间化合物(intermetallic compound,IMC)层的Ni层腐蚀位置的焊接界面仍具有良好的机械结合强度,采用喷锡工艺(hot air solder level,HASL)对具有黑盘缺陷的化镍浸金基板进行重新处理切实可行.     

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。     

电子封装与组装焊点界面反应及微观组织研究进展

软钎焊焊点界面反应是连接金属的最古老的冶金工艺过程。随着倒装芯片(FC)、球栅阵列(BGA)和芯片级封装(CSP)等面封装技术的兴起,近年来Sn基钎料被广泛应用于微电子制造,包括芯片和基板之间的封装互连以及基板与印制电路板之间的组装互连。这就需要系统地研究Sn基钎料焊点界面反应及微观组织。从形态学、热力学和动力学的角度回顾总结了SnPb共晶钎料、高Pb钎料和无Pb钎料与Cu、Ni、Au/Ni/Cu、PdAg焊盘之间的界面反应。     

Sn-Ag-Cu和Sn-Pb焊球及锡膏混合焊点的组织结构

在从含铅制程到无铅制程的转换过程中会遇到四种不同的焊点冶金组合：无铅焊料和无铅元件；无铅焊料和含铅元件；锡铅焊料和无铅元件;锡铅焊料和含铅元件。为了更好的优化工艺参数并获得高可靠性的焊点，我们必须研究上述不同冶金组合焊点的冶金过程和组织特性。本研究工作中，Sn-3．8Ag-0．7Cu、Sn-37Pb两种BGA焊球和Sn-3．8Ag-0．7Cu、Sn-37Pb两种锡膏分别组合焊接在表面无电解镀镍／浸金(Ni／Au)的试验板上，得到四种不同冶金组合的焊点。部分制成的试验板叉分别经过150℃310小时、480小时、2160d小时的老化。对上述焊点分别进行剪切力测试并使用X-射线透视．仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、散射X-射线光谱仪等试验设备对焊点进行检测。对部分未经过老化的焊点用差示扫描量热法进行了分析。我们着重对四种不同冶金组合的焊点的微观结构及组织构成、金属间化合物构成、表面粗糙度以及焊点空洞问题进行了研究，并对四种不同冶金组合的焊点的相似处和不同处进行了讨论。研究揭示了焊点微观组织结构对焊点剪切强度和断裂模式的影响。     

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。     

ENIG焊盘润湿不良失效分析

针对化学镍金(ENIG)焊盘的上锡不良问题,选取了一个典型的案例进行分析详细地介绍了分析的过程和手段,通过采用外观检查、金相切片、SEM & EDS等分析手段,发现了导致上锡不良的主要原因为黑焊盘造成的润湿不良.同时,总结和分析了导致此缺陷的原因和应采取的对策.     

板级跌落碰撞下无铅焊点的可靠性研究

文中引入一块不同于JEDEC标准测试板的圆形测试板,探究板级跌落碰撞下无铅焊点的可靠性.首先做模态试验了解测试板的动力学特性,接着做跌落测试,同时测量板的应变和加速度历程.并用ABAQUS软件进行模拟,模拟焊点在跌落碰撞条件下焊点的应力应变等.结果表明有限元模拟得到的应变、板中心的加速度响应和试验吻合,而且用模拟预测的失效焊点的位置与试验一致.失效模式是靠近封装一侧的金属间化合物(IMC)界面的脆性断裂.     

Sn95Sb5焊料与ENIG/ENEPIG镀层焊点界面可靠性研究

研究了Sn95Sb5焊料在化学镍金(ENIG)镀层、化学镍钯浸金(ENEPIG)镀层表面形成的焊点界面微观组织形貌与剪切强度。使用Sn95Sb5焊料在FR4印制板上焊接0805片式电容,焊点在高温时效测试和温度循环过程中均表现出较高的剪切强度,焊点界面连续且完整,剪切强度下降的最大幅度不超过19.2%。Sn95Sb5焊料在ENIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENIG焊点)强度更高。Sn95Sb5焊料在ENEPIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENEPIG焊点)界面反应更为复杂,在焊点界面附近可观察到条块状的(Pd,Ni,Au) Sn₄。Sn95Sb5/ENEPIG焊点界面的金属间化合物层平均厚度约为Sn95Sb5/ENIG焊点界面的2倍。     

SnAgCu无铅焊点的电迁移行为研究

电迁移引发的焊点失效已经成为当今高集成度电子封装中的最严重的可靠性问题之一。应用SnAgCu无铅焊膏焊接微米级铜线,进行电迁移实验。结果表明:焊点形貌从原来的光滑平整变得凹凸不平,阴极处出现了裂纹和孔洞,并且在铜基板和Cu6Sn5金属间化合物(IMC)之间出现薄薄的一层Cu3Sn金属间化合物,由ImageJ软件测量其平均厚度约为2.11μm;而在阳极附近没有明显的Cu3Sn金属间化合物形成。     

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。     

微电子封装中Sn-Ag-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.     

Sn-Ag-Cu焊点IMC生长规律及可靠性研究

Sn-Ag-Cu焊料目前是最有希望替代Pb-Sn合金的焊料.在回流焊过程和电子产品服役过程中,Sn-Ag-Cu焊料与基体金属间形成的金属间化合物(IMC)及其演变是影响焊点可靠性的主要因素之一.本文针对Sn-Ag-Cu焊料与Cu和Au/Ni/Cu界面形成的IMC,分析其回流和时效过程中IMC的变化规律.     

SnBi基焊点在热作用下的可靠性和失效分析

基于电子封装技术不断趋于3D结构发展,SnBi基焊料合金以其低熔点、低成本和良好的润湿性被用作新一代封装焊料材料,但器件工作过程中的热和电循环作用会影响其互连焊点的可靠性.用SnBi57AgCuCo和SnBi45AgCuNi焊料合金将球栅阵列焊球和印刷电路板回流形成SnBi基焊点,通过微观组织表征与失效模式分析研究等温...     

金、铜丝球键合焊点的可靠性对比研究

金丝球焊是电子工业中应用最广泛的引线键合技术,但随着高密度封装的发展,铜丝球焊日益引起人们的关注。采用热压超声键合的方法,分别实现Au引线和Cu引线键合到Al-1%Si-0.5%Cu金属化焊盘。对焊点进行200℃老化实验的结果表明:铜丝球焊焊点的金属间化合物生长速率比金丝球焊焊点慢的多;铜丝球焊焊点具有比金丝球焊焊点更稳定的剪切断裂载荷,并且在一定的老化时间内铜丝球焊焊点表现出更好的力学性能;铜丝球焊焊点和金丝球焊焊点在老化后的失效模式不同。     

铝钛异种材料激光偏置焊接接头微观组织研究

采用光纤连续激光开展4 mm等厚5083铝合金-TA15钛合金异种材料对接接头的焊接工艺试验.利用扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子探测器和能谱仪(EDS)分析接头的界面微观组织的形貌、成分,观察到激光偏置向Ti侧的接头界面反应区存在大量且微观形貌不同、分布不均的金属间化合物层.进而从热、力两方面分析不同形貌特征的金...     

焊点的失效模式与分析

焊点疲劳寿命通常是通过电子组件进行温度循环加速试验来确定.针对典型元器件进行温度循环试验,在不同的循环周期检查焊点的开裂情况,并采用金相分析观察焊点的显微组织,分析焊点在温度循环条件下的失效模式,为改进工艺参数提供依据.     

磁场对Sn-0.3Ag-0.7Cu焊点显微组织及性能影响研究

以Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)低银无铅钎料焊点为研究对象,在焊点凝固过程中施加2.3T匀强磁场,通过观察低银无铅焊点显微组织变化,揭示磁场对焊点凝固及固态扩散行为影响;利用Fe、Ni增强元素对比得出SAC0307在不同环境下的凝固和固态扩散行为。将焊点置于电流密度为3×10~3 A/cm~3的磁电耦合环境下,观察了磁电耦合条件下焊点的显微组织演变过程,并总结了磁场对焊点电迁移行为的影响。结果表明:静磁场条件下,焊点界面处IMC形态由扇贝状向针状转变;IMC倾向于向钎料内部快速生长;Fe、Ni的加入进一步促进IMC生长。     

无铅高密度封装焊点的HDPUG（高密度封装用户群）失效分析

本文介绍了高密度封装器件,如PBGA（塑封球栅阵列封装）和CCGA（陶瓷柱栅阵列封装）焊接在SnCuHASL（热焊接（热风整平》,ENIG（无电镀镍金（化学镀镍浸金》或NiAu和OSP（有机保焊剂）EnteekPCBs（印制电路板）上的高密度封装无铅焊点和SnPb焊点的失效分析。经过7500次热循环后,对高密度封装焊点的失效位置,失效模式和金属间化合物（IMC）重点分析,出现的结果将同热循环和有限元分析得到的结果进行比较。     

Sn-3Ag-3Bi焊点剪切强度的研究

提出一种可有效降低测试误差的剪切强度测试方法。用该方法对Sn-Ag-Bi无铅焊料分别在Cu基板和Ni-P基板上的焊点,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。结果显示,焊点的剪切强度及断裂位置与焊接界面金属间化合物(IMC)的组成和厚度有关。     

有铅焊料与无铅BGA混合焊点显微组织性能研究

随着近年来电子产品无铅化的发展,越来越多的有铅器件被无铅器件替代,其中SnAgCu合金成为BGA器件锡球的主要成分.然而在无铅焊点的可靠性未被认可之前的过渡时期,有铅焊膏和无铅器件混合焊接的情况就不可避免,尤其是在高可靠电子产品领域.因此混合焊接工艺和焊点的性能成为高可靠性电子产品组装和焊点寿命分析中的研究重点.总结了近年来对有铅焊料和无铅BGA混合焊接的一些相关研究,主要涉及混合焊接温度、混合焊点的显微组织、界面处金属间化合物、焊点力学性能、可靠性以及焊点失效机制等方面.