电子封装中的焊点及其可靠性

在电子封装中 ,焊点失效将导致器件乃至整个系统失效 ,焊点失效的起因是焊点中热循环引起的裂纹及其扩展。从焊点的微观组织及其变化、焊点失效分析、焊点可靠性预测等方面介绍了对电子封装焊点及其可靠性研究的状况。     

倒装焊结构的大规模集成电路焊点失效机理研究

在倒装焊结构的球栅阵列（BGA）封装大规模集成电路（LSIC）的服役过程中,由于BGA焊球、基板材料和PCB材料的热膨胀系数不同,焊点失效成为倒装焊结构LSIC的主要失效模式。焊点失效与焊料性质、焊接时间和温度、制造中的缺陷等密切相关。结合焊点失效的常见形貌及实例,研究倒装焊结构的LSIC的焊点失效模式及失效机理。针对可能引发失效的因素,提出从工艺到应用的一系列预防措施,对提升该类型电路的可靠性具有指导意义。     

球形焊点栅阵列封装研制与发展

当今国际上都十分重视发懈集成电路封装产业，球形焊点栅阵列作为一种新的封装技术越来越受关注。本文介绍目前世界球形焊点栅阵列封装的发展概况，以及研制技术方向。     

弯曲应力状况下微型BGA封装可靠性比较研究

微型球栅阵列（μBGA）是芯片规模封装（CSP）的一种形式,已发展成为最先进的表面贴装器件之一。在最新的IxBGA类型中使用低共晶锡．铅焊料球,而不是电镀镍金凸点。采用传统的表面贴装技术进行焊接,研讨μBGA的PCB装配及可靠性。弯曲循环试验（1000～1000με）,用不同的热因数（Qη）回流,研究μBGA、PBGA和CBGA封装的焊点疲劳失效问题。确定液相线上时间,测定温度,μBGA封装的疲劳寿命首先增大,接着随加热因数的增加而下降。当Q。接近500S·℃时,出现寿命最大值。最佳Qη范围在300-750s·℃之间,此范围如果装配是在氮气氛中回流,μBGA封装的寿命大于4500个循环。采用扫描电子显微镜（SEM）,来检查μBGA和PBGA封装在所有加热N数状况下焊点的失效。每个断裂接近并平行于PCB焊盘,在μBGA封装中裂纹总是出现在焊接点与PCB焊盘连接的尖角点,接着在Ni3Sn4金属间化合物（IMC）层和焊料之间延伸。CBGA封装可靠性试验中,失效为剥离现象,发生于陶瓷基体和金属化焊盘之间的界面处。     

AXI排除隐藏的焊点缺陷

Lamniographic自动X射线检查（AXI）可以应用于焊点检测，包括对隐藏在面积阵列封装下面的焊点进行检测。AXI也能在生产期间发现大多数的焊接缺陷，因而非常适于分析面积阵列封装上的焊点。     

微电子封装焊点疲劳失效研究综述

微电子封装具有微型化、高密度、低成本和良好的电气性能的特点,焊点负责内部芯片与电路板间的电气和机械连接。由于生产设计过程中产生的缺陷或经受温度变化、振动和冲击等环境载荷,焊点易发生失效。本文总结了焊点常见的疲劳失效原因,X射线、染色分析等失效分析技术可以实现失效焊点的精准定位,便于分析失效原因。随后,总结了焊点疲劳寿命预测模型的应用和研究现状,比较了各模型优缺点及适用范围,可为微电子封装的可靠性分析与评估提供理论指导。     

高密度封装技术现状及发展趋势

综述了对半导体集成电路发展有深刻影响的微电子封装技术的现状 ,指出了适用于高密度封装的载带封装 (TCP)、球栅阵列封装 (BGA)、倒装片 (FCT)、芯片规模封装 (CSP)、多芯片组件 (MCM)、三维封装等关键技术及其发展趋势     

热循环加载下微系统封装结构有限元仿真方法研究

微系统封装结构中,由循环热应力引起的封装失效是影响其可靠性的重要因素之一.现阶段通常采用大量的可靠性试验来验证封装结构工艺的可靠性,但是有限元仿真技术的发展为此类问题的解决提供了更为简单快捷的途径.利用ANSYS Workbench软件,对某微系统封装结构进行了系统的有限元仿真,深入探究了封装结构中球栅阵列(BGA)焊点的网格类型、网格密度和加载循环数量对仿真结果的影响.研究结果为提高微系统封装结构的有限元仿真效率及优化设计提供了重要参考,也为进一步研究微系统封装结构在复杂工况下的可靠性提供了有益思路.     

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 ...     

球栅阵列封装中SnPb焊点的应力应变分析

基于SnPb焊料的统一粘塑性Anand本构模型,运用ANSYS有限元软件分析了球栅阵列封装中复合SnPb焊点在热循环过程中的应力、应变的分布,观察到SnPb焊料的蠕变行为和应力松弛现象,结果证明:外侧焊点经受的应力、应变范围比内侧焊点大;焊点的最高应力区域出现在Sn60Pb40焊料的最外缘处,最高应变区域出现在Pb90Sn10焊料与UBM层接触面的最上缘处.     

BGA封装倒装焊点不同接触面跌落失效的研究

采用自由跌落的试验方法,研究了BGA(球栅阵列)封装自由跌落到不同材质基板后的可靠性,对比分析焊点裂纹产生、扩展直至断裂的机理。对失效封装芯片进行了染色处理,观察BGA封装中焊点的失效位置和焊点内部裂纹的形貌。结果表明,不同接触面上焊球裂纹都经历稳态-扩展-失效的过程,石质接触面上裂纹出现最早,裂纹扩展最快,失效最快,钢质接触面次之,最后是木质接触面。木质接触面的焊点失效模式主要是焊盘失效;钢质和石质接触面的焊点的失效模式以金属间化合物失效为主。比例风险模型(PHM)估计得到的寿命值与试验结果误差较小,能有效预测焊点自由跌落条件下的寿命。     

高密度高可靠CQFN封装设计

文中阐述了高速、高性能集成电路所需高密度、高可靠的表面贴装型陶瓷封装,讨论了多层高温共烧陶瓷工艺如何设计与塑料封装QFN完全兼容。结合0.50 mm节距CQFN72外壳设计,就如何解决CQFN封装的散热、高频电性能、薄型封装的气密性和结构强度,以及封装电路的二次组装中助焊剂清洗不彻底、焊接层/焊点有空洞和桥连短路、焊点难检查和返工困难等问题进行了论述,为高密度、高性能、高可靠封装提供了新的封装结构和技术途径。     

LCCC封装器件焊点可靠性研究

LCCC封装器件具有体积小和电性能好的特点,因此应用越来越广泛。但是,由于其无引线特点,以及本体材料与基板FR-4材料的热膨胀系数不匹配,在温度变化过程中焊点应力集中,容易导致疲劳失效。在分析LCCC封装器件高可靠焊接要求和影响焊点可靠性寿命因素的基础上,分别选择28引脚、44引脚和64引脚三种LCCC封装器件进行焊接试验,并通过温度循环试验验证焊点的可靠性,最终得出验证结果。     

CBGA、CCGA器件植球／柱工艺板级可靠性研究

陶瓷球栅阵列（CBGA）和陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装由于其高密度、高可靠性和优良的电热性能,被广泛应用于武器装备和航空航天等电子产品。而CBGA／CCGA焊点由于其材料和结构特性,在温度循环等可靠性试验中焊点容易发生开裂,导致器件失效。本文以CBGA256和CCGA256封装产品为例,通过陶瓷基板与PCB板的菊花链设计来验证CBGA／CCGA焊点的可靠性,并对焊点的失效行为进行分析。结果表明,CCGA焊点可靠性要高于CBGA焊点,焊点主要发生蠕变变形,边角处焊点在温度循环过程中应力最大,容易最先开裂。     

AXI排除隐藏的焊点缺陷

Lamniographic自动X射线检查(AXI）可以应用于焊点检测，包括对隐藏在面积阵列封装下面的焊点进行检测，AXI也能在生产期间发现大多数的焊接缺陷．因而非常适于分析面积阵列封装上的焊点。     

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.     

有限元数值模拟在BGA/QFP/CCGA器件焊点可靠性研究中的应用

有限元数值模拟方法因其可以有效研究IC封装中无铅焊点的可靠性,被国内外专家学者所青睐,使得无铅焊点可靠性数值模拟成为IC封装领域的重要研究课题。综述了有限元法在球珊阵列封装(BGA)、方型扁平式封装(QFP)、陶瓷柱栅阵列封装(CCGA)3种电子器件无铅焊点可靠性方面的研究成果。浅析该领域国内外的研究现状,探究有限元方法在无铅焊点可靠性研究方面的不足及解决办法,展望无铅焊点可靠性有限元模拟的未来发展趋势,为IC封装领域无铅焊点可靠性的研究提供理论支撑。     

CSP封装Sn-3.5Ag焊点的热疲劳寿命预测

对芯片尺寸封装(CSP)中Sn-3.5Ag无铅焊点在热循环加速载荷下的热疲劳寿命进行了预测.首先利用ANSYS软件建立CSP封装的三维有限元对称模型,运用Anand本构模型描述Sn-3.5Ag无铅焊点的粘塑性材料特性;通过有限元模拟的方法分析了封装结构在热循环载荷下的变形及焊点的应力应变行为,并结合Darveaux疲劳寿命模型预测了无铅焊点的热疲劳寿命.     

系统级封装中焊点失效分析技术

针对系统级封装(Si P)结构中的互连可靠性检测,提出了叠层封装中焊点失效分析的原则和程序。对采用3D X-ray和金相技术的焊点缺陷分析方法进行了对比,验证了3D X-ray分析复杂Si P封装焊点和互连缺陷的可行性。讨论了失效的模式和失效机理,并从设计和工艺角度提出降低各种失效机理的改进措施。     

温度试验条件下柱栅阵列仿真失效分析

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装是陶瓷球栅阵列(CBGA)封装的衍生技术,能有效缓解CBGA因热失配而引起的失效问题。对CCGA1140封装的材料和结构进行建模,针对焊接过程和热环境试验仿真条件下柱栅阵列焊点的应力应变分布情况和薄弱环节进行重点论述。仿真结果表明,在焊接和热环境中,CCGA封装最薄弱环节是柱栅阵列最外侧四角的焊点处。