BGA封装器件焊点抗剪强度的试验

采用微焊点强度测试仪研究了Sn-Pb共晶钎料BGA（球栅阵列封装技术）封装器件焊点的抗剪强度，并对不同直径的BGA球焊点的抗剪强度进行了比较。研究结果表明，在相同条件下，BGA球直径越大，抗剪强度越小，共晶钎料BGA球焊点的抗剪强度比锡铅合金钎糕点自身的抗剪强度大。     

CBGA结构热循环条件下无铅焊点的显微组织和断裂

用热循环实验、扫描电镜观察焊点横截面和有限元模拟的方法研究了陶瓷球栅阵列封装（CBGA）结构中无铅焊点的组织和热疲劳行为．CBGA结构中,在焊料与铜焊盘和银焊盘的界面处分别形成了Cu6Sn5和Ag3Sn．在热循环过程中,铜焊盘处Cu6Sn5层增厚,并出现Cu3Sn;镀银陶瓷芯片一侧,Ag3Sn层也增厚,焊球中靠近界面处Ag3Sn的形态从条状向球状过渡．增加热循环周次,疲劳裂纹最先出现在芯片与焊球界面处焊球的边角位置上,有限元模拟表明此处具有最大的剪切应力．在印刷线路板处,裂纹沿Cu6Sn5和焊料的界面扩展;在陶瓷芯片处,裂纹沿Ag3Sn界面层附近的焊球内部扩展．     

CBGA焊点热循环条件下的可靠性

研究了陶瓷球栅阵列（CBGA）器件在-55～125℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效试件焊点的失效机制,分析了裂纹萌生和扩展的方式。结果表明,失效试件裂纹最先萌生于四周最外侧焊球上下界面外边缘处,随着循环次数的增加,裂纹沿该界面从焊球边缘向中心扩展,裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、热循环和蠕变相互作用的结果。     

CBGA器件温度场分布对焊点疲劳寿命影响的有限元分析

陶瓷封装器件的可靠性一直是电子封装领域关注的热点,目前有限元模拟方法在分析焊点疲劳寿命时大多采用了均一温度假设条件,而陶瓷封装器件由于自身材料性质,在热循环载荷下其内部温度场并不均匀.文中在传统经典理论的基础上利用ANSYS有限元软件采用六面体网格划分技术对16×16阵列的陶瓷球栅阵列（ceramic ball grid array,CBGA）封装模型在热循环载荷下的可靠性进行了仿真分析.考虑了热循环加载过程中CBGA器件内部的温度场分布,使用热力耦合模型讨论了均一温度假设在不同条件下的合理性.结果表明,考虑温度场分布的情况下预测的疲劳寿命要低于均一温度假设条件,为温度均一假设适用条件提供了判断依据.     

SnAgCu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的组织及剪切强度变化

研究了SnAgCu/Cu和SnAgCu/Ni-P/Cu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的微结构及剪切强度的变化,结果表明,SnAgCu与Cu的反应速率大于其与Ni-P的反应速率,经长时间时效后,SnAgCu/Cu焊点中SnAgCu与Cu的界面成为弱区,nAgCu/Ni-P/Cu焊点的剪切断裂则发生在Ｎi-P与Ｃu的界面,热循环过程中两种焊点均产生裂纹且强度下降,长时间热循环后Ｎi-P与Cu分层脱开,ＳnAgCu/Ni-P焊点失去强度。     

CBGA不同尺寸焊点热循环载荷下应力应变的有限元模拟

采用ANSYS分析软件，将组件简化为二维模型的焊点应力应变有限元分析。通过研究三种BGA球（0．76mm、1．0mm、1．3mm）组件，利用有限元模拟CBGA（陶瓷球栅阵列）组件在热循环加载条件下其应力应变分布，并且计算了焊点的应力应变最大值，得出球径为0．76min的CBGA组件其可靠性最好，表明有限元方法可有效地用于研究微电子封装中各类焊点的可靠性。     

时效对Sn-0.7Cu-0.05Ni-xSm/Cu焊点界面与抗剪强度的影响

以Sn-0.7Cu-0.05Ni-xSm/Cu焊点为对象(元素Sm含量分别为0,0.025,0.05,0.1和0.2(质量分数,%)),研究焊后与经过160 ℃,24,96和360 h时效后,焊点界面金属间化合物(IMC)与抗剪强度的变化. 结果表明,在钎料中未添加稀土元素Sm时,IMC层凹凸不平;加入微量元素Sm,IMC层变的平坦顺滑. 时效会使IMC不断长大,其界面形貌由原始的扇贝状向平直均匀的层状转变. 元素Sm含量在0.025%～0.1%范围内时,不论时效前还是时效后,IMC层较薄. 元素Sm对界面IMC的生长有抑制作用,有益于提高焊点的可靠性. 加入微量稀土元素Sm以后,焊点抗剪强度发生了变化. 不论时效前还是时效后,当元素Sm含量为0.025%时,焊点抗剪强度都是最高.     

塑料封装球栅阵列器件焊点的可靠性

对比了充胶和未充胶塑料封装球栅阵列(PBGA)器件在-40 ℃～125 ℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效样品焊点的失效机制,并分析了充胶提高器件热疲劳寿命的机制.实验发现底充胶可使PBGA样品的寿命从500周提高到2000周以上,失效样品裂纹最先萌生于最外侧焊球中近硅芯片界面外边缘处,界面处焊料组织粗化及界面脆性金属间化合物Ni3Sn2和NiSn3相的生成均促使裂纹沿该界面从焊球边缘向中心扩展.PBGA焊点界面处裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、焊料组织粗化以及生成脆性金属间化合物等各种金属学和力学因素共同作用的结果.     

Sn-Cu-Ni(-Ce)焊点热循环可靠性

研究了Sn-Cu-Ni(-Ce)焊点在长时间热循环条件下的力学性能,以及热循环对焊点界面处金属间化合物的形成与长大行为的影响.试验发现,焊点界面处金属间化合物在长时间热循环条件下有明显长大的趋势,并在2000周期后出现了Cu3Sn相,导致焊点力学性能下降,而微量Ce元素能有效抑制界面处以及钎料内部金属间化合物的粗化,从而缓解热循环对焊点力学性能的不利影响.结果表明,随着热循环周期的增加,引脚焊点的拉伸力逐渐降低,添加0.05%Ce元素可有效提高焊点的可靠性.     

BGA焊点剪切性能的评价

设计了用单个微焊球和两块带焊盘的FR4板焊接而成的搭接接头,研究了不同稀土含量及不同加载速率对接头强度及塑性的影响.结果表明,微量稀土(质量分数＜0.25%)不但能提高焊点的剪切强度,而且可以改善焊点的塑性.而当稀土含量进一步增加时,焊点的强度及塑性均下降.焊点的剪切强度及伸长量随应变速率的增加而增加.通过对焊点显微组织的分析可知,微量稀土可显著细化焊点的显微组织,特别是抑制了钎料内部及界面处金属问化合物的生长,从而改善了焊点的力学性能.对断口形貌的分析同样证明了伸长量随剪切速率增加而增加.     

塑封球栅阵列焊点热疲劳寿命预测有限元方法

选取典型的塑封球栅阵列封装器件,将其建模为由封装外壳、硅芯片和基板组成的三层结构,采用粘塑性材料模式描述锡铅钎料的力学本构关系,建立器件的三维有限元模型,通过有限元仿真得到焊点的应力应变分布云图、应力应变回线及关键焊点的应变范围,最后根据基于应变的Engelmaier疲劳模型预测塑封球栅阵列焊点的寿命.结果表明,在热循环条件下,塑封球栅阵列封装器件的关键焊点的位置位于器件芯片边缘的正下方,并不位于最边缘的焊点处,为改进塑封球栅阵列焊点的热疲劳可靠性提供了依据.     

热冲击条件下1.27mm引脚间距塑封球栅阵列器件焊点可靠性测试与分析

通过热冲击试验1.27mm引脚间距塑封球栅阵列（PBGA）器件焊点可靠性进行了测试与分析，选取钢网厚度、芯片配重、焊盘直径三个影响焊点可靠性的关键因素设计了多种不同工艺参数组合的PBGA测试样件，对样件进行了可靠性热冲击试验。对试验结果数据所进行的极差分析和方差分析以及对焊点寿命威布尔分布的计算表明，钢网厚度对PBGA焊点可靠性有显著的影响；最优工艺参数组合为钢网厚度0.15mm、焊盘直径0.73mm、芯片配重18.0547g；PBGA测试样件寿命服从形状参数为0.85，尺度参数为6254.88的威布尔分布。     

Study on solder joint reliability of ceramic ball grid array component based on design of experiment method

Four process parameters, pad diameter, stencil thickness, ball diameter and stand-off were chosen as four control factors. By using an L25 （5^6 ） orthogonal array the ceramic ball grid array （ CBGA ） solder joints which have 25 different combinations of process parameters were designed. The numerical models of all the 25 CBGA solder joints were developed using the Sugrace Evolver. Utilizing the sugrace coordinate exported from the 25 CBGA solder joints numerical models, the finite element analysis models were set up and the nonlinear finite element analysis of the CBGA solder joints under thermal cycles were pegrormed by ANSYS. The thermal fatigue life of CBGA solder joint was calculated using Coffin-Manson equation. Based on the calculated thermal fatigue life results, the range analysis and the variance analysis were pegrormed. The results show that the fatigue life of CBGA solder joint is affected by the pad diameter, the stencil thickness, the ball diameter and the stand-off in a descending order, the best combination of process parameters results in the longest fatigue life is 0.07 mm stand-off, 0.125 mm stencil thickness of, 0.85 mm ball diameter and 0. 89 mm pad diameter. With 95% confidence the pad diameter has a significant effect on the reliability of CBGA solder joints whereas the stand-off, the stencil thickness and the ball diameter have little effect on the reliability of CBGA solder joints.     

热循环对QFP焊点强度及其微观组织影响规律的数值模拟

采用有限元方法研究了QFP器件在25～125℃温度循环条件下的热疲劳寿命,试验结果186次与理论计算结果213次基本吻合.焊点强度试验以及断口SEM分析,初步揭示了热循环对QFP焊点抗拉强度及焊点组织的影响规律.结果表明,裂纹在焊点内侧钎料与焊盘界面处产生.随着热循环次数的增加,焊点抗拉强度逐渐降低;对断口形貌的SEM分析发现,热循环前的焊点为韧性断裂.随着热循环次数的增加,晶粒粗化,韧窝变大,经过120次热循环后的焊点断裂方式主要为脆性断裂,经过186次热循环后的焊点为完全脆性断裂.     

热循环对片式电阻Sn-Cu-Ni-Ce焊点力学性能的影响

研究了在热循环试验条件下,片式电阻Sn-Cu-Ni-Ce焊点力学性能的变化规律以及不同含量的稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni-Ce焊点力学性能的影响.结果表明,随着热循环次数的增加,片式电阻Sn-Cu-Ni-Ce焊点的剪切力逐渐降低;在长时间热循环条件下,焊点开始萌生裂纹,导致焊点可靠性下降.与此同时,添加微量稀土元素Ce可有效提高Sn-Cu-Ni-Ce焊点的力学性能,随着Ce元素含量的增加,焊点的力学性能逐渐提高,当Ce元素含量为0.05%左右时,焊点的力学性能最佳,且在长时间热循环条件下仍然优于其它焊点.     

球栅阵列封装焊点寿命预测的综合方法

为了实现球栅阵列(BGA)封装焊点寿命的快速工程估算,建立了焊点的简化应力分布解析模型,利用蠕变寿命预测模型求解得到其热疲劳寿命.在需要精确预计焊点寿命时,建立了BGA封装焊点的三维有限元模型,利用ANSYS中的Anand方程得到焊点应力分布,利用Darveaux寿命预测模型预测焊点热疲劳寿命.采用ANSYS的二次开发功能将解析和有限元方法综合在主程序中.不论是快速估算还是精确预计,用户只需输入封装及焊点的尺寸、材料参数以及温度循环参数即可得到焊点寿命.结果表明,解析模型对参数变化更敏感,有限元的结果则较平稳.

Abstract：

To quickly estimate the soldered joint lifetime of the ball grid array package, the analytical model of the simplified stress distribution was founded and the thermal fatigue lifetime was calculated by the creep lifetime prediction model. When the precise results were needed, the three dimensional finite element model was founded and the stress distribution in soldered joint was calculated by Anand constructive function of ANSYS, then the thermal fatigue lifetime was given by the Darveaux model. The analytical method and the finite element method were integrated to a main program by the secondary development function of ANSYS. With this program, the lifetime of the soldered joint can be quickly estimated or precisely predicted with the packaging and soldered joint dimension, material parameters and the thermal cycle parameters. Results of the case show that the analytical model results are more sensitive to the variation of the parameters, while the analyzed results by finite element model are stable.     

温度循环对CCGA焊柱可靠性影响

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装因其优良的电热性能和高密度的信号互连,成为高可靠封装形式的首选,但由于封装形式及材料本身特性,在温度循环过程中的焊点开裂失效是需要重点关注的.文中以CCGA484为例,研究在-65～150℃温度循环条件下,CCGA焊柱形貌、焊点显微组织及抗剪强度的变化.结果表明,在温度循环过程中,板级组装后...     

BGA塑封工艺与塑封模设计

分析了BGA塑封模与传统集成电路产品塑封模的不同点,通过对BGA封装难点的分析,提出了BGA产品封装过程中出现的基板溢料问题的解决方案,并详细介绍了BGA塑封模溢料控制机构和具体实施方法。