SAC105掺Ni焊球对焊接点强度与可靠性的影响

在内存封装领域,球栅阵列封装(BGA)由于具有高密度和低成本的特点而被广泛采用.在实际的使用过程中,由于遭受外界各种形式的机械负载和冲击造成器件失效,为了改善焊点的强度和可靠性,以SAC105(Sn985AgCu0.5)无铅焊球为参照制备出SAC105 Ni005焊球.为了研究两种焊球焊接点的可靠性与强度,采用焊球的快速剪切测试以及BGA器件的剪切测试方法来检测焊点强度,同时采用威布尔分析方法对两种焊球的热循环测试(TCT)结果进行分析.研究表明,SAC105 Ni0.05焊球比SAC 105焊球具有更长的温度循环可靠性预期寿命、更强的焊接点强度以及更低的脆性断裂的概率.     

堆叠结构BGA焊接可靠性评价方法

设计了基于实时监测菊花链拓扑结构动态电阻的叠层球栅阵列封装(BGA)焊接可靠性评价方法,使用该方法研究叠层器件BGA焊接互连结构的环境可靠性.以基于硅通孔(TSV)技术的BGA互连的硅基双层器件为例,首先通过有限元仿真确定叠层器件各层焊点在-55～125℃条件下的应变和应力,并根据应变和应力将每一叠层焊点划分为敏感焊点和可靠焊点;然后将敏感焊点通过器件键合焊盘、键合丝、TSV、垂直过孔、可靠焊点和PCB布线相连接形成菊花链.由于敏感焊点是菊花链的薄弱环节,可以通过监测菊花链电阻变化来研究叠层器件的环境可靠性,并以此为基础设计了堆叠结构BGA产品焊接可靠性试验系统.该方法简单高效,能快速解决常规失效分析方法无法检测的BGA虚焊接、微小缺陷等问题.     

关注BGA引脚焊盘与装配之间的问题

作为新一代面阵列封装器件,BGA封装器件其固有的特点是用焊料合金取代了易损的引脚,从而可以确保具有良好的机械、电气,以及具有良好热耗散的互连,同时也是一项可以实现高密度组装的方式。但任何事物都有其两面性,BGA和芯片规模封装也带给人们其它方面的挑战,其中包括涉及共面性、返修和可靠性。     

废旧BGA器件二次利用的焊接强度研究

BGA器件首先经历2 000 h的温循老化以接近废旧状态,再以自重跌落,然后用锡膏印刷的方法完成焊锡球的修复,最后利用Dage4000测试机对不同状态的器件进行焊锡球推拉力测试。结果发现,随着温循老化的时间增加,失效模式逐渐由韧性失效主导转向脆性失效主导。当焊锡球被修复后,失效模式变为混合模式。通过强度对比可以发现,器件的焊接强度随着温循老化时间的增加而降低。当焊锡球被修复后,焊接强度可以恢复到初始状态的80%左右。修复的焊锡球产生的再生金属间化合物可能是造成焊接强度变化的主要原因。     

用于高速光电组件的光焊球阵列封装技术

本文介绍了用于高速光电组件的表面安装型焊球阵列(BGA)封装技术。     

焊接时的界面反应-焊接质量与金属间化合物

电子器件的焊接主要包含两个过程，一是焊料的熔化和再结晶过程，而另一个则是焊料在印刷电路板焊盘（PCB Pad）界面及元器件引脚（comPonent lead）界面上的冶金化学反应。     

微波芯片倒装金凸点热疲劳可靠性分析及优化

为了满足射频系统小型化的需求,提出了一种基于硅基板的微波芯片倒装封装结构,解决了微波芯片倒装背金接地的问题.使用球栅阵列(BGA)封装分布为周边型排列的GaAs微波芯片建立了三维有限元封装模型,研究了微波芯片倒装封装结构在-55～125℃热循环加载下金凸点上的等效总应变分布规律,同时研究了封装尺寸因素对于金凸点可靠性的影响.通过正交试验设计,研究了凸点高度、凸点直径以及焊料片厚度对凸点可靠性的影响程度.结果表明:金凸点离芯片中心越近,其可靠性越差.上述各结构尺寸因素对凸点可靠性影响程度的主次顺序为:焊料片厚度＞金凸点直径＞金凸点高度.因此,在进行微波芯片倒装封装结构设计时,应尽可能选择较薄的共晶焊料片来保证金凸点的热疲劳可靠性.     

焊膏及其它因素对焊接质量的影响

焊膏及其它因素对焊接质量的影响深圳南方信息企业有限公司李力宏随着表面安装技术的发展，特别是表面安装器件的微小化，高密度化，使得焊接质量成为人们日益关心的问题，其实焊接质量与焊接设备，丝网模板，焊膏及工艺过程都有着很大的关系，文中就针对这些情况来讨论它...     

采用氮气氛保护的再流焊接技术

叙述了先进再流焊接技术的新发展,描述了提高BGA再流焊接效果的工艺要点,优化倒装芯片再流焊接和固化的新方法。最后,讲述了先进的降低氮消耗量的方法即:通过最大限度地提高潜在收益,以促进再流焊接技术的发展,以此来满足装配厂商的需要。     

BGA器件及其常见的形式

BGA器件不仅能够满足现在已有的其它组件所不能够提供的高性能、大量I/O数量的应用要求,也给如今的有引脚元器件提供了一种可靠的可替换方案。对于在组件体的底部位置安置有大量焊球阵列的BGA器件来说有四种主要的类型。表面阵列配置的组装技术将会成为电子组装业最主要的发展潮流。     

微波功率器件中AuGe合金焊接界面特征

在微观尺度上,焊点的可靠性取决于焊料同焊盘之间界面反应生成的界面金属间化合物(IMC)的结构。通过金锗合金焊点的界面反应及微观结构随环境的变化表征了焊点的可靠性,研究了AuGe合金焊料与不同金层厚度的Ni/Au焊盘共晶焊接后其界面特征,同时总结了AuGe合金焊料在Cu和Ni等常见焊盘上的焊接润湿性及其焊接界面特征。切片分析结果显示,在共晶焊接后,厚金样品焊接界面冷却时焊料层析出富Au相形成不规则焊接结合层,Au层厚度减薄50%～60%;薄金样品的Au层全部消失,并在界面处形成很薄的一层富Ni的NiGe化合物。实验结果显示,厚Au层样品未出现Ni向焊接层扩散的现象和NiGe化合物的生成,厚Au层起到了阻挡层作用;薄金样品时,Ni通过互扩散缓慢与Ge形成NiGe化合物,在长期使用中焊接层会通过元素扩散等形式演变,使整个焊接层转变为含氧化层、富P层、NiGe层和AuCuGe合金层等多层结构的IMC,降低了焊点强度,严重影响焊接层可靠性。这说明IMC在焊接过程中主要以界面化学反应方式形成,服役过程中主要以元素扩散方式演变。     

FeNi合金UBM圆片级封装焊点剪切力研究

FeNi合金与无铅焊料反应速率低,生成的金属间化合物(IMC)较薄,有望作为圆片级封装(WLP)凸点下金属(UBM)层材料.对两种FeNi UBM以及一种Cu UBM圆片级封装样品进行回流、湿热以及预处理实验,并通过推球的方法,对其焊点进行剪切测试.通过断面与截面分析,研究其在不同处理条件下的金属间化合物生长情况,分析其断裂模式.结果表明,FeNi UBM焊点剪切力高于Cu UBM.Fe47Ni UBM与焊料反应生成的金属间化合物较薄,对于剪切力影响较小,而Fe64Ni UBM与焊料反应生成离散的CuNiSn金属间化合物,对于其焊点强度有提高作用,Cu UBM与焊料反应生成较厚的金属间化合物,会明显降低焊点的剪切力.断面分析表明,Cu UBM会随焊球发生断裂,其强度明显小于FeNi UBM.     

焊膏涂覆工艺选择对CCGA焊接可靠性的影响研究

首先从焊膏材料特性、涂覆形貌、贴片形貌、焊接形貌等方面,对比研究了喷印和丝印两种焊膏涂覆工艺;并通过CCGA器件焊接对比分析了焊膏涂覆选择对焊点可靠性的影响。结果表明:焊膏材料特性包括粒径、合金含量和焊膏黏度等对涂覆工艺的选择至关重要。在涂覆形貌上,丝印焊膏因其颗粒度大,助剂少,相比喷印焊膏有更好的形貌稳定性。采用KH-7700显微镜、X-ray探测和金相剖切对焊接结果进行检验,两种涂覆工艺及其材料均呈现良好的焊接形貌和均匀连续的金属间化合物结构,证明了两种焊膏涂覆工艺焊接CCGA器件的可靠性。     

一种基于倒装芯片的超宽带BGA封装差分传输结构

随着高速数字电路和射频微波电路对时钟频率和带宽的要求越来越高，差分传输结构因其优良的噪声抑制和抗干扰性能而受到越来越多的重视。提出了一种基于倒装芯片的超宽带球栅阵列(BGA)封装差分传输结构。整体传输结构包括采用陶瓷材料制作的倒装芯片用基板、BGA封装焊球和印制电路板(PCB)。主要分析了差分垂直传输结构的尺寸参数对阻抗和截止频率的影响，并利用阶梯过孔减小阻抗不连续性。整体结构的传输性能通过矢量网络分析仪测试的散射参数来表征。测试与仿真结果具有较好的一致性，在DC～60 GHz频段，差分传输结构的回波损耗≤-15 dB,插入损耗优于-1 dB,为超宽带倒装芯片的封装设计提供参考。     

粘结材料对TCBGA封装组件弯曲可靠性的影响

采用三点弯曲试验,测试了十组使用不同粘结材料及不同粘接方式的薄基板球栅阵列封装(TCBGA)组件和一组未使用粘结材料的组件的弯曲可靠性。结果表明,这些粘结材料均不同程度地提高了组件的弯曲可靠性。不同粘接方式对弯曲可靠性影响不同,其中边沿绑定粘接方式效果最佳,相对于无粘结材料,对组件所能承受的最大主应变、位移和荷载分别增加了41.73%,40.86%和37.50%。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。     

印制电路板铜面保护层对无铅焊点结构影响

采用扫描电镜与能谱测试,研究了两种不同印刷电路板铜面保护层,即有机保护层(Organic Solderability Preservatives,OSP)与浸银层(Immersion Ag,I—Ag),对无铅焊点结构的影响。结果显示,采用有机保护层的焊接界面金属间化合物层厚度明显超过了浸银层;在两种不同保护层中的焊点中,均出现薄片状或树枝状Ag3Sn金属间化合物,但在浸银层焊点中,薄片状Ag3sn主要在焊接界面层处非均匀形核长大,而有机保护层焊点中,薄片状Ag3Sn较少出现,代之以树枝状Ag3Sn近似均匀地分布在焊点中。断口分析显示,采用有机保护层的焊点中出现了较多的气孔,而且气孔主要出现在靠近铜面焊点中,这明显降低了焊点的强度。     

Sn-Ag-Cu焊料中金属间化合物对焊接性能的影响

讨论了Sn-Ag-Cu焊料与Cu焊盘间在回流焊过程中形成的金属间化合物(IMC)的种类、形态,Ag含量和Cu含量对IMC的影响,IMC在老化过程中的生长演变及其对焊接性能的影响。结果表明:Sn-Ag-Cu焊料与Cu焊盘之间的金属间化合物主要是Cu6Sn5和长针状的Ag3Sn,Ag和Cu的添加对组织有明显细化作用,但过量添加会影响IMC的性能。IMC的演变主要是与老化温度、老化时间有关,较厚的IMC不利于焊接性能的提高。     

研磨型AlN基板表面腐蚀对AlN-AMB覆铜板剥离强度的影响

为了解决研磨型氮化铝(AlN)基板制备的氮化铝活性金属钎焊(AlN-AMB)覆铜板剥离强度低的问题,采用浓度为0.25 mol/L的NaOH水溶液,在50℃条件下,对研磨型AlN基板表面进行腐蚀,开展腐蚀前后AlN基板表面微观形貌及AlN-AMB覆铜板界面剥离强度等的对比探究。结果表明,研磨型AlN基板表面存在大量破碎晶粒和微裂纹,所制备的AlN-AMB覆铜板气孔率较高,界面剥离强度只有5.787 N/mm。腐蚀可有效去除其表面破碎晶粒和微裂纹,提升AlN基板表面致密度和一致性。采用35 min腐蚀AlN基板制备的AlN-AMB覆铜板气孔率大幅降低,剥离强度提升至10.632 N/mm,相比处理前提升了83.7%。