基于正交设计的QFN焊点三维形态建模与预测

采用基于最小能量原理和有限元数值分析方法的Surface Evolver软件,建立了四方扁平无引脚器件(QFN)焊点三维形态预测模型;选取焊盘长度、焊盘宽度、焊料体积、间隙高度作为4个关键因素,采用水平正交表设计了9种不同的QFN焊点工艺参数水平组合,建立了这9种焊点的三维形态预测模型,得到了不同工艺参数水平组合下的QFN焊点形态;焊盘长度、焊盘宽度、焊料体积、间隙高度等工艺参数的改变对QFN焊点的三维形态均有影响.     

CSP焊点焊后残余应力分析与预测

该文建立了芯片尺寸封装(CSP)焊点有限元分析模型并对其进行了再流焊焊后残余应力应变分析.以焊点直径、焊点高度、焊盘直径和焊点间距为输入参数,焊后残余应力为输出参数进行了灵敏度分析.选取灵敏度分析结果中对残余应力影响显著的因子作为输入,建立了带动量项神经网络预测模型,对CSP焊点焊后残余应力进行了预测.结果表明,置信度...     

尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

射频天线黄铜振子感应钎焊气孔缺陷

借助高频感应加热设备,采用测量钎料在母材表面的铺展面积的方法,分析了Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)、Sn-58Bi和Sn-17.0Bi-0.5Cu(SBC1705)三种高粘度(180 Pas)焊膏在黄铜表面的可焊性.并通过无源互调(Passive Intermodulation,PIM)测试和X射线检测,对比了SAC305和SBC1705焊膏焊后黄铜振子的PIM值和焊点气孔率.结果表明:高粘度SBC1705焊膏在黄铜表面的可焊性最好,其次是Sn-58Bi焊膏,最后是SAC305焊膏;SBC1705焊点气孔率1%,而SAC305焊点气孔率为5%~7%,两种焊点气孔率都在25%的合格范围内,但SBC1705焊后振子的PIM测试结果比SAC305焊后振子的PIM测试结果更稳定.综合生产成本考虑,高粘度SBC1705焊膏更适合射频天线黄铜振子的感应钎焊工艺.     

Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu焊点界面IMC演变

为了研究低银无铅焊点界面金属间化合物(IMC)的形成与演变,以低银无铅焊点Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu为研究对象,研究了钎料中Cu质量分数对界面IMC厚度、形貌和成分的影响.实验结果表明,随着钎料中Cu质量分数的增加,回流焊后焊点IMC层厚度变薄,IMC晶粒尺寸增大,IMC晶粒形貌由颗粒状转变为棱柱状以及鹅卵石状,同时界面IMC成分发生由(Cu,Ni)6Sn5向Cu6Sn5的转变.高温时效后,界面IMC层厚度增长.当钎料中Cu质量分数超过1%时,时效后生成较厚的Cu3Sn化合物层,对焊点可靠性不利.钎料中Cu质量分数应控制在1%以下.     

电子封装中的无铅Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu界面研究

针对钎料与焊盘间形成IMC层的厚度是影响可靠性的一个关键因素．对无铅钎料Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu盘进行了重熔,采用Olympus（光学金相显微镜）,SEM（扫描电镜）和EDX（能谱X射线）界面分析手段,研究了合金Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu焊盘接头的钎焊性和在焊接过程中IMC的形成与长大机理,探讨了IMC厚度与保温时间的变化规律．研究结果表明,无铅钎料合金Sn-3．8Ag-0．5Cu在钎焊务件下与Cu焊盘能够实现良好的连接,其连接层为Cu6Sn5金属间化合物,重熔时的IMC层生长基本上符合抛物线规律．     

BGA焊点形态和布局对信号完整性的影响

为了研究BGA焊点形态和布局对反射和串扰的影响,基于三维全波电磁仿真软件HFSS,建立了BGA焊点的三维模型,研究BGA焊点的形态(高度、最大外径和焊点端口直径)以及布局对反射和串扰的影响。结果表明,随信号频率、焊点高度、焊点最大外径和焊点端口直径的增大,回波损耗增大;焊点的形态对相邻焊点串扰影响不明显;焊点串扰噪声受相邻焊点影响最大,对角线焊点次之。     

含稀土相无铅焊点表面的锡须生长研究进展

在Sn-Ag-Cu无铅钎料合金中添加稀土元素,可以显著改善钎料的综合性能,但在空气下暴露一定时间后,可能随之发生软钎焊焊点表面的“锡须生长”现象.对含稀土相软钎焊焊点表面的锡须生长及其模型进行了综述,探讨了软钎焊焊点表面锡须的生长机制及其有效的抑制方法.     

SnZnPr-xAu无铅钎料性能与组织

研究了微量纳米Au颗粒对SnZnPr无铅钎料性能与组织的影响。研究结果表明,微量的纳米Au颗粒可以显著改善SnZnPr钎料的润湿性和焊点力学性能,通过优化设计证明纳米Au颗粒的最佳添加量为0.1%,但添加纳米Au颗粒过量时,钎料的润湿性明显下降,焊点的力学性能基本不变。对SnZnPr和SnZnPr-0.1Au钎料组织研究发现0.1%纳米Au颗粒可以显著细化基体组织,特别是减小富Zn相的尺寸,通过纳米压痕实验证明0.1%纳米颗粒可以显著提高SnZnPr钎料的抗蠕变性能,热循环实验证明0.1%纳米Au颗粒可以将QFP100器件SnZnPr焊点热疲劳寿命提高12.3%,主要归因于纳米颗粒对位错的钉扎作用。     

混合集成电路用Pb-Sn-Sb-Ag钎料的热疲劳

为了解决混合集成电路中环境温度变化引发的焊点可靠性问题,开发了具有高可靠性的新型钎料来满足微型化和高密度化的混合集成电路的焊接需要。对新研发的Pb-Sn-Sb-Ag四元合金钎料进行了DSC熔点测试,热电偶测试了回流焊的温度曲线,对焊点显微组织进行了相分析,并参照IPC-9701A测试方法进行了热循环实验,结果发现热循环前后钎料的显微组织和力学性能发生了明显的变化。研究表明：钎料合金液相点在245益;回流焊峰值温度为267益;显微组织中主要有Pb、Sb2 Sn3和Ag3 Sn三种相;热失配产生的剪切应力导致了微裂纹产生,温度交变使裂纹持续扩展,最终导致焊点出现了整体剥离的断裂失效模式;金属间化合物厚度和剪切强度呈现逐渐递减的近似线性关系;对比已应用的钎料,新研制的Pb-Sn-Sb-Ag钎料显微组织均匀,在-40~150益热循环条件下表现出高的可靠性。     

基于AutoCAD的SMT焊点三维形态数据处理技术

针对SMT焊点形态预测模型和焊点力学性能与可靠性分析模型不统一的现象,在利用VBA技术对AutoCAD进行二次开发和对SurfaceEvolver软件预测的焊点三维形态有限元数据进行分析的基础上,对SurfaceEvolver软件预测的焊点三维形态模型到ANSYS实体模型的转换方法进行了研究。编制了模型转换程序,并以218节点PBGA焊点三维形态预测模型为例,进行了应用实例转换,得到了较为满意的转换结果。模型的成功转换,实现了焊点形态预测模型和焊点力学性能与可靠性分析模型的统一,推进了SMT焊点形态预测的实用化进程。     

Effect of pad geometry on current density and temperature distributions in solder bump joints

Three-dimensional thermo-electrical finite element analyses were conducted to simulate the current density and temperature distributions in solder bump joints with different pad geometries.The effects of pad thickness,diameter and shape on current density and temperate distributions were investigated respectively.It was found that pads with larger thickness or/and diameter could reduce current density and temperature in solder bump significantly.Pad shapes affected the current density and temperature distributions in solder bumps.The relatively low current density and temperature didn＇t occur in the bump joint with traditional rounded pad but occurred in bump joints with octagonal and nonagonal pads respectively.Therefore,optimized pad geometry may be designed to alleviate the current crowding effect and reduce the bump temperature,and therefore delay electromigration failure and increase the mean-time-to-failure.     

CCGA焊点热疲劳寿命统计分析与评价优化

通过对 CCGA焊点形态参数与热疲劳寿命进行正交回归分析 ,得出了 CCGA焊点形态主要参数与热疲劳寿命之间的关系表达式。利用得到的焊点形态参数与热疲劳寿命的关系表达式 ,采用优化程序对基于焊点热可靠性的焊点形态进行了评价优化 ,得到了优化后的焊点形态参数。     

向前兼容焊点的可靠性分析

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同时存在的混合情况,这种情况下形成的混合焊点是很复杂的.因此,有必要对这种混合焊点进行可靠性分析.根据混合焊点的主要失效形式,对混合焊点的失效机理从组装工艺、热疲劳、时效、机械冲击和震动等四个方面进行分析;然后从设计、材料、工艺和环境等四个方面介绍了影响这类焊点可靠性的因素.分析结果显示,工艺对混合焊点的前期可靠性影响最大,环境对混合焊点的后期可靠性影响最大.工艺的影响主要体现在焊接工艺方面,环境的影响主要体现在温度负载方面.     

铝－铜火焰钎焊材料研究

研制了铝基钎料ＬＡ_２、ＬＡ_３，锌基钎料ＬＺ_１、ＬＺ_２（ＬＺ_１是用于对比分析的标准钎料ＨＬ５０１）４种铝－铜钎焊材料通过对这些钎料及其钎焊接头的性能测试和组织成分分析认为ＬＺ_２是一种较为理想的铝－铜火焰钎焊材料。     

铝－铜火焰钎焊材料研究

研制了铝基钎料ＬＡ_２、ＬＡ_３，锌基钎料ＬＺ_１、ＬＺ_２（ＬＺ_１是用于对比分析的标准钎料ＨＬ５０１）４种铝－铜钎焊材料通过对这些钎料及其钎焊接头的性能测试和组织成分分析认为ＬＺ_２是一种较为理想的铝－铜火焰钎焊材料。     

板级电子封装跌落／冲击中焊点应力分析

建立了板级BGA封装跌落/冲击问题的三维有限元模型,采用Input-G方法对PCB板的变形及焊锡接点应力等动力学响应进行了分析,探讨了约束条件对计算结果的影响,对焊点剥离应力产生的机理进行了讨论,提出了快速估算焊点应力的等效静力学模型并分析了误差.结果表明,模型中PCB板固定螺栓处的约束条件处理对结果有较大影响,合理的处理方法是在PCB板4个螺栓作用区的上下表面均施加水平方向位移约束.焊点应力最大值出现在冲击后0.4 ms,最大剥离应力发生在角部焊点与PCB板一侧的铜垫交界处.焊点应力与PCB板的弯曲变形密切相关,应力峰值和PCB板的变形峰值在时间上具有同步性.挠度等效静力学模型得到的焊点应力比动力学模型高23%左右.