晶圆级芯片尺寸封装柔性焊点热循环可靠性

建立了晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)柔性无铅焊点三维有限元分析模型,基于该模型对柔性无铅焊点热循环等效应力应变进行了分析,并预测了焊点可靠性寿命。选取第一柔性层厚度、第二柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径作为关键因素,采用L16(45)正交设计了16种不同水平组合的柔性无铅焊点,获取了这些焊点的热循环等效应力数据,对等效应力数据进行了极差分析和方差分析。结果表明:在热循环加载条件下,采用柔性层结构方式能有效降低焊点内的等效应力应变;在置信度为90%的情况下,下焊盘直径和第一柔性层厚度对柔性焊点等效应力有显著影响。各因素对焊点等效应力的影响排序为下焊盘直径影响最大,其次是第一柔性层厚度,再次是第二柔性层厚度,最后是上焊盘直径。     

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array, BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一.采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加裁条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响.研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命.     

热循环条件下无铅焊点可靠性的有限元分析

通过有限元数值模拟对Sn3.5Ag0.75Cu无铅焊料焊点的可靠性问题进行了分析。采用统一粘塑性Anand本构方程对焊料焊点结构进行有限元分析,研究焊点在热循环加载过程中的应力应变等力学行为。研究结果表明,在焊点内部焊点与基板结合处的应力较大,而焊点中央的应力较小;焊点在低温阶段的应力最大,在高温阶段应变最大;在升降温阶段的应力应变变化较大,而在保温阶段的应力应变变化较小。     

片式元件焊点的热循环应力应变模拟技术研究

采用ANSYS软件,以0402片式元件焊点为对象,系统探讨了焊点热应变损伤的有限元仿真方法,分析了焊点在热循环过程中的应力应变响应,并基于修正的Coffin-Manson方程,预测了焊点的热疲劳寿命。结果显示:焊点应力集中区域和应变最大区域均位于焊点与PCB焊盘的交界面,基于应变失效原则,推断焊点裂纹将在此界面萌生和扩展,直至失效。指出了焊点有限元热应变损伤模拟技术的不足及未来的研究方向。     

热循环加载条件下SMT焊点应力应变过程的有限元分析

ＳＭＴ焊 热循环条件下的应力应变过程分析是ＳＭＴ焊点可靠性的重要方向。本文采用粘弹塑性材料模式描述ＳｎＰｂ钎料的力学本构响应，对非城堡型ＬＣＣＣ焊蹼结构进行三维有限元分析，考察焊点在热循环加载过程中的应力应变等力学行为。研究结果表明，焊点钎料内的高应力发生在热循环的低温阶段，升降温过程中的蠕变和非弹性应变的累积显著，蠕变应变在非弹性应变中占主导地位，应力应变滞后环在热循环的最初几个周期内就能很快稳     

基于热疲劳状态监测的PCB无铅焊点可靠性研究

以PCB片式电阻器件无铅焊点为研究对象,开展与有铅焊点剪切力-热疲劳状态比较试验研究。采用了伪失效寿命比较方法,获得了有限周期温度冲击下的焊点剪切力试验数据,采用非线性最小二乘法进行剪切力数据的曲线拟合。结果表明,封装尺寸是影响焊点热疲劳性能的重要因素。在1 500个有限周期内,无铅焊点的热疲劳性能优于有铅焊点。     

无铅焊点的可靠性研究

焊点的质量和可靠性很大程度上决定了电子产品的质量.随着环境保护意识的增强,无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点.无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整,其可靠性势必会受到新的影响.从设计、材料和工艺角度分析了影响无铅焊点的可靠性的因素,最后分析了焊点的常见的可靠性问题产生的原因,并给出了相应的解决办法.     

BGA焊点的形态预测及可靠性优化设计

制定了BGA(球栅阵列)焊点的形态预测以及可靠性分析优化设计方案，对完全分布和四边分布的两种BGA元件，通过改变下焊盘的尺寸得到不同钎料量的焊点，并对其形态进行了预测，建立了可靠性分析的三维力学模型。采用有限元方法分析了元件和焊点在热循环条件下的应力应变分布特征，预测了不同种类和不同形态的BGA焊点的热疲劳寿命，由此给出了最佳的上下焊盘比例范围。     

无铅焊点的可靠性问题

焊点的质量与可靠性很大程度决定了电子产品的质量。随着环境保护意识的增强,无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点问题。无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整,必不可少地会给焊点可靠性带来新的影响。本文从设计、材料及工艺角度分析了影响无铅焊点可靠性的因素,对无铅焊点可靠性测试方法做了介绍。     

无铅焊点的可靠性研究

电子产品的质量很大程度上取决于焊点的质量与可靠性。在无铅化进程中，由于无铅焊点焊料的不同和焊接工艺参数的调整，必然会给焊点可靠性带来许多新的影响。本文进行了焊点的失效分析，并从PCB和模板设计、表面组装材料、及工艺角度分析了影响无铅焊点可靠性的因素，最后分析了焊点的常见的可靠性问题的产生原因及解决办法等。     

无铅焊点在热疲劳和电迁移作用下的组织演变

研究了Cu/Sn-58Bi/Cu焊点接头在室温和55℃下通电过程中阴极和阳极界面处微观组织的演变,电流密度均采用104A/cm2。结果表明,室温条件下通电达到25 d,Bi原子由阴极向阳极发生了扩散迁移,在阳极界面处形成了厚度约22.4μm的均匀Bi层,而阴极出现了Sn的聚集。加载55℃通电2 d后,焊点发生了熔融,阴极界面处形成了厚度为34.3μm的扇贝状IMC,而阳极界面IMC的厚度仅为9.7μm。在IMC层和钎料基体之间形成了厚度约7.5μm的Bi层,它的形成阻碍了Sn原子向阳极界面的扩散迁移,进而阻碍了阳极界面IMC的生长,导致了异常极化效应的出现。     

芯片尺寸封装焊点的可靠性分析与测试

利用ANSYS有限元分析软件,将芯片尺寸封装(CSP)组件简化为了二维模型,并模拟了CSP组件在热循环加栽条件下的应力应变分布;通过模拟发现了组件的结构失效危险点,然后对危险点处的焊点热疲劳寿命进行了预测;最后进行了CSP焊点可靠性测试.结果表明,用薄芯片可提高焊点可靠性.当芯片厚度从0.625 mm减小到0.500 ...     

银含量对随机振动条件下无铅焊点可靠性的影响

为了探究银含量对无铅焊点在随机振动条件下的可靠性的影响,对Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-1.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu三种不同Ag含量材料的焊点做窄带范围内的随机振动疲劳实验,并对失效焊点进行分析。结果表明:三种材料焊点的失效位置基本都在靠近PCB侧,最外围焊点最容易失效,失效模式均为脆性断裂,并且随着Ag含量的降低,金属间化合物的厚度逐渐减小,焊点的疲劳寿命逐渐延长。     

Reliability testing of WLCSP lead-free solder joints

The interfacial reactions of solder joints between Sn-4Ag-0.5Cu solder ball and a couple of presoldered pastes (Sn-7Zn-Al(30ppm) and Sn-3Ag-0.5Cu) were investigated in wafer-level chip-scale package (WLCSP). After appropriate surface mount technology reflow processes on printed circuit boards with a Cu/OSP (organic solderability preservative) surface finish, samples were subjected to 150°C high-temperature storage (HTS) for 1,000 h of aging or 1,000 cycles of a thermal cycling test (TCT). Sequentially, cross-section analysis is scrutinized by scanning electron microscopy/energy dispersive spectrometry and energy probe microanalysis to observe metallurgical evolution in the interface and solder buck itself. It was found that the degradation of the joint shear strength after TCT is more pronounced than that of the shear strength after HTS. Fracture surface analyses of the shear tests show that the degradation of the joint strength for HTS is solely due to the influence of the interfacial IMC grain growth, while the shear strength degradation for TCT is mainly due to the coefficient thermal expansion mismatch from the thermal cycling at the chip-solder interface and can lead to the occurrence of the crack.     

BGA混合焊点热循环负载下的可靠性研究

焊料从有铅向无铅转换中,不可避免会遇到二者混合使用的情况,有必要对生成的混合焊点进行可靠性研究。通过对不同工艺参数下形成的混合焊点和无铅焊点进行了外观检测、X射线检测和温度循环测试。结果显示,只要工艺参数控制得当,混合焊点是可行的。在焊球合金、焊料合金、峰值温度、液相线以上时间和焊接环境五个关键因素中,前四项对焊点可靠性比较重要,焊接环境对焊点可靠性的影响不很显著。     

片式电阻混合焊点热循环负载可靠性研究

对在不同工艺参数下形成的、并且经过不同周数热循环负载的片式电阻混合焊点、有铅焊点和无铅焊点进行了外观检测和剪切测试。结果显示,在不同工艺参数下形成的混合焊点的剪切力,随热循环周数的变化趋势有所不同,但是在保证片式电阻焊端和焊料充分熔融的情况下,部分混合焊点的平均剪切力比有铅焊点高,热循环1 000周后,为9.1～11.1 N。     

高密度LED焊点微空洞的X射线检测和分析

利用高精度X射线检测设备分别对用Sn37Pb焊膏和Sn3.0Ag0.5Cu焊膏组装的高密度LED灯板进行焊后和老化后的微空洞检测,观察了焊点的微空洞缺陷,并计算微空洞尺寸。结果表明:老化前微空洞面积与焊点面积比在10%~25%的,Sn3.0Ag0.5Cu焊点中约含25.5%,略大于Sn37Pb焊点的23.5%,且明显小于Sn3.0Ag0.5Cu焊点老化后的31.4%。两种焊点老化前后微空洞所占面积比都在<25%的合格范围内,但Sn3.0Ag0.5Cu焊点更易形成微空洞。     

湿热环境下倒装焊无铅焊点的可靠性

对板上倒装芯片底充胶进行吸湿实验,并结合有限元分析软件研究了底充胶在湿敏感元件实验标准MSL—1条件下吸湿和热循环阶段的解吸附过程,测定了湿热环境对Sn3.8Ag0.7Cu焊料焊点可靠性的影响,并用蠕变变形预测了无铅焊点的疲劳寿命。结果表明:在湿热环境下,底充胶材料内部残留的湿气提高了焊点的应力水平。当分别采用累积蠕变应变和累积蠕变应变能量密度寿命预测模型时,无铅焊点的寿命只有1740和1866次循环周期。     

基于电阻应变临界点的无铅焊点失效分析

利用特制的焊点在线测试系统,测试了不同载荷条件下单个无铅焊点的电阻应变曲线,推导出电阻应变和损伤量之间的定量关系式,分析了焊点失效特性。结果表明:无铅焊点电阻应变曲线包括线性变化区和指数变化区;两个区域临界点处的电阻应变值为0.05左右,临界点至失效的时间约占焊点寿命的20.00%～30.00%;热循环条件下,40℃的电阻应变曲线临界点滞后于125℃的临界点,滞后时间约占焊点寿命的7.50%。     

低银无铅微互连焊点的振动疲劳行为研究

通过采用一系列与集成电路BGA(球栅阵列)、Flip Chip(倒装焊芯片)真实焊点体积接近的不同尺寸的典型“三明治”结构Sn0.3Ag0.7Cu低银无铅微互连焊点,基于动态力学分析的精密振动疲劳试验与微焊点疲劳断口形貌观察相结合的方法,研究了微焊点振动疲劳变形曲线的形成机制、裂纹萌生扩展与断裂机理、温度对振动疲劳行为的影响及微焊点振动疲劳行为的尺寸效应问题。结果表明,保持焊点直径恒定,随着焊点高度的减小,焊点的疲劳寿命增加,而疲劳断裂应变降低,同时焊点的疲劳断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂。