BGA无铅焊点零空洞缺陷控制研究

在无铅BGA封装工艺过程中,通过不同组分的BGA焊球合金与焊膏合金组合焊接、焊膏助焊剂活性剂不同配比及其不同再流焊接条件等实验,对焊料合金和助焊剂配比、再流焊接峰值温度、再流保温时间等参数变化,以降低BGA焊点空洞缺陷进行了研究。结果表明选用相同或相似的BGA焊球和焊膏合金组合焊接、选用活性强的焊膏、选择焊接保温时间较长均有助于降低BGA焊点空洞缺陷产生的几率和空洞面积,BGA焊点最佳再流焊接峰值温度为240℃,当峰值温度设置为250℃时,BGA焊点产生空洞缺陷几率会比240℃高出25%～30%。     

细间距焊接技术应用研究

首先简要分析了表面组装技术（SMT）细间跨焊接的工艺方法,然后重点讨论了焊盘设计、丝印、贴片、再流焊各种参数对焊接质量的影响,以及对不良焊点的分析及解决办法,最后简要分析了再流焊焊接理论。     

无铅回流焊冷却速率研究应用现状

阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状,总结了冷速对无铅钎料以及SMT 焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷,提高焊点可靠性。     

无铅再流焊冷却速率研究应用现状

阐述了冷却速率对无铅再流焊质量影响的研究现状,总结了冷速对无铅钎料以及SMT焊点可靠性的影响。研究现状表明快速冷却有助于减少焊接缺陷,提高焊点可靠性。     

红外传感系统用于线路板焊接

印刷电路板的激光焊接有许多优点：热只加到待焊焊点上，而不象通常大规模焊接那样加到整块板和所有元件上。由于只有焊点被加热，可避免外壳和内部集成电路的损坏，也可消除下部混合电路元件内连接的危险。由于激光焊接速度一一每焊点高达500 ms, 激光焊接使焊剂中的易碎内金属化合物形成降至最低限度。最后，由于焊点是逐个加热的，激光也可使导线和焊脚之间形成的“焊桥”减至最少。     

用真空再流焊实现BGA的无铅无空洞焊接

BGA焊接后常常会在焊点中形成很多的空洞,特别是对于BGA的无铅焊接,由于焊接温度高,氧化严重,以及焊料的特殊性能决定了BGA的无铅焊接更容易形成空洞.空洞的产生不仅影响焊点的导热、导电性能,也会影响焊点的强度,从而对BGA工作的长期可靠性产生影响.分析了空洞产生的机理,以及用真空再流焊接实现BGA无铅、无空洞焊接的原理和工艺过程.指出真空再流焊接工艺在解决BGA的无铅、无空洞化焊接问题上确实是一项行之有效的方法.     

焊盘尺寸对PBGA组装板可靠性的影响

研究了焊盘尺寸对氮气再流焊ＰＢＧＡ组装板可靠性的影响。氮气保护再流焊炉内的氧含量可低至５×１０－５。对ＰＢＧＡ组装板的焊点进行了拉伸试验、弯曲疲劳试验以及热冲击疲劳试验。结果表明：经氮气保护再流焊组装的ＰＢＧＡ板其焊点的各项性能均比无保护的ＰＢＧＡ组装板好。当ＰＣＢ板焊盘直径等于ＰＢＧＡ基底焊盘直径时,其焊点有最好的性能。     

基于加热因子的回流曲线的优化与控制

回流焊形成的焊点质量与回流焊过程密切相关。基于加热因子Qη对回流焊接过程进行优化控制。根据焊点疲劳寿命随加热因子分布的特点,提出了对冷点加热因子取最优范围下限值控制策略(冷点代表回流过程中经历的加热因子最小焊点),以使所有焊点的加热因子尽可能都在最优范围之内。冷点下限控制策略满足了大部分焊点的高可靠性,而少部分超出最优范围上限的焊点的可靠性虽略微下降,仍可形成良好焊接。由于加热因子理论不对回流曲线形状做严格要求,定义了两个组合参数:形状参数Ht和移动参数Hb,对冷点的加热因子进行控制。并且根据统计学原理利用实验建立Qη与Ht和Hb的回归关系,发现Qη与Ht、Qη与Hb大体上成线性关系,其为Qη的预测和控制带来了极大的便利,从而使焊接可靠性易于得到保证。     

基于再流焊冷却过程应力分析的板极组件BGA焊点参数优化

建立了板级组件BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,对BGA焊点进行了再流焊冷却过程应力仿真分析,设计并完成了验证性实验以验证仿真分析方法的有效性,分析了焊点结构参数和材料变化对焊点再流焊冷却过程应力应变的影响,采用响应面法建立了焊点应力与结构参数的回归方程,结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化.结果表明：实验结果证明了仿真分析的有效性;焊点应力随着焊点高度的增加而增大,随着焊点直径的增加而减小;最优焊点结构参数水平组合为：焊点高度0.44mm、焊点直径0.65mm、焊盘直径0.52mm和焊点间距1.10mm;对该最优焊点仿真验证表明最大应力下降了0.1101MPa.     

保护气氛再流焊对塑料球栅阵列焊点性能的影响

采用静态弯曲和高速弯曲变形实验方法讨论了保护气氛再流焊塑料球栅阵列 ( PBGA)组装板焊点的性能。结果表明 ,采用氮气保护再流焊工艺得到的 PBGA组装板的最大弯曲试验载荷和冲击功比采用压缩空气对流再流焊工艺的组装板要高。氧气含量在 10 0 0 ppm到 50 ppm范围内 ,随着氮气纯度的提高 ,冲击功提高 ,而最大弯曲载荷变化不大。焊点的冲击断裂表面位于PCB板和焊球之间形成的脆性的中间合金层区域。气孔和杂质主要分布在焊盘的边缘。氮气保护再流焊可以显著降低焊接界面处的缺陷密度 ,且随着保护气氛中的氧含量的降低而进一步降低     

回流焊对SnAgCu焊点IMC及剪切强度的影响

研究了回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNi/Cu(x=0,0.05)焊点的界面反应及其剪切强度的影响。结果表明:随着回流焊次数的增加,界面金属间化合物(IMC)Cu6Sn5和(Cu1-xNix)6Sn5的厚度均增加。在钎料中添加w(Ni)为0.05%,可有效抑制IMC的生长,与回流焊次数无关。回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.05Ni/Cu的剪切强度影响都不大,五次回流焊后剪切强度略有下降,剪切强度分别为21MPa和25MPa。发现断裂面部分在钎料中,部分在钎料和IMC之间。     

冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响（待续）

无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织,间接控制金属间化合物厚度和形态,影响焊点断裂模式,提高焊点综合性能。但是由于元件与PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力,易造成元件或焊点失效等。通过对文献中研究结果的总结,设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式,并对焊点进行了强度测试和组织成分...     

Eddy Current Induced Heating for the Solder Reflow of Area Array Packages

This paper presents a feasibility study of using eddy current induced heating for the solder reflow of area array packages. With a high frequency electromagnetic field, Sn 3.5% Ag lead-free solder balls were heated to melt and wet the solder pads on an organic substrate. The experimental results showed that such a solder reflow process could be implemented effectively in a wide processing window. With an infrared temperature sensor, it was found that the temperature difference between the solder balls and the FR4 board might reach 80 , indicating a rather localized heating mechanism. In addition, the heating and cooling rates during the soldering were found very high. This is another feature of the induction heating reflow process. It was also found that the generated temperature in the solder balls would depend on the size of the solder balls. This characteristic may be used to perform selective soldering of flip chip BGA packages. Furthermore, the developed soldering process was applied to the board level reflow of actual components. The result verified that the induction heating reflow is a feasible soldering process in actual applications.     

冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响(待续)

无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织,间接控制金属间化合物厚度和形态,影响焊点断裂模式,提高焊点综合性能。但是由于元件与PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力,易造成元件或焊点失效等。通过对文献中研究结果的总结,设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式,并对焊点进行了强度测试和组织成分分析,建议工业用最佳冷却斜率控制在3℃/s～6℃/s。     

冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响（续完）

无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织,间接控制金属间化合物厚度和形态,影响焊点断裂模式,提高焊点综合性能。但是由于元件与PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力,易造成元件或焊点失效等。通过对文献中研究结果的总结,设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式,并对焊点进行了强度测试和组织成分分析,建议工业用最佳冷却斜率控制在3℃/s～6℃/s。     

再流焊接头气孔对散热的影响

陶瓷基板与载体的钎焊是大功率器件组装的关键步骤.与真空钎焊相比,再流焊具有效率高和适合大批量生产的优点,但是再流焊接头普遍包含大量气孔.为了把再流焊应用到大功率器件组装,必须系统地研究再流焊接头气孔对散热的影响.通过有限元模拟从气孔率、气孔与热源相对距离、气孔分布的角度研究了气孔对接头散热性能的影响.     

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。     

Wave soldering bumping process incorporating electroless nickel UBM

The Si/Ti/Cu/electroless nickel/solder bump was produced incorporating wave soldering without flux. The most suitable wave soldering condition for depositing solder is presented. The material interactions occurring during wave soldering, afterwards reflow, and extended heat treatment were found to produce Ni₃Sn₂ , Ni₃Sn₄, and Ni₄Sn compounds between solder and electroless nickel deposit. The thickness of electroless nickel deposit required for being the barrier layer of the solder bump was investigated by reflow process     

The effect of soldering process variables on the microstructure and mechanical properties of eutectic Sn-Ag/Cu solder joints

Fundamental understanding of the relationship among process, microstructure, and mechanical properties is essential to solder alloy design, soldering process development, and joint reliability prediction and optimization. This research focused on the process-structure-property relationship in eutectic Sn-Ag/Cu solder joints. As a Pb-free alternative, eutectic Sn-Ag solder offers enhanced mechanical properties, good wettability on Cu and Cu alloys, and the potential for a broader range of application compared to eutectic Sn-Pb solder. The relationship between soldering process parameters (soldering temperature, reflow time, and cooling rate) and joint microstructure was studied systemati-cally. Microhardness, tensile shear strength, and shear creep strength were measured and the relationship between the joint microstructures and mechani-cal properties was determined. Based on these results, low soldering tempera-tures, fast cooling rates, and short reflow times are suggested for producing joints with the best shear strength, ductility, and creep resistance.     

双面贴装电路板上BGA焊点的潜在失效机理

采用双面贴装回流焊工艺在FR4基板表面贴装Sn3.0Ag0.5Cu(SnAgCn)无铅焊点BGA器件,通过对热应力加速实验中失效的SnAgCu无铅BGA焊点的显微结构分析和力学性能检测,研究双面贴装BGA器件的电路板出现互连焊点单面失效问题的原因,单面互连焊点失效主要是由于回流焊热处理工艺引起的.多次热处理过程中,NiSnP层中形成的大量空洞是导致焊点沿(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物层和Ni(P)镀层产生断裂失效的主要因素.改变回流焊工艺是抑制双面贴装BGA器件的印制电路板出现互连焊点单面失效问题的关键.