ENIG黑焊盘的原因分析及其对焊点质量的影响

本文利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析仪(EDS)以及金相切片等物理分析手段,研究了化镍浸金(ENIG)焊盘润湿不良及焊后发黑的根本原因,即镍层由于遭受浸金药水的过度攻击而产生了严重的氧化腐蚀。镍层的腐蚀不仅会降低焊盘可焊性,也会极大减弱焊点界面的结合强度,造成焊盘润湿不良或焊点开裂失效。     

镍金表面上LP封装中央焊盘焊点空洞控制

随着产品小型化的发展,微小LP封装器件的应用越来越广泛,其中中央焊盘焊点空洞率成为影响产品功能的关键因素.主要研究镍金表面处理印制电路板上LP封装器件中央焊盘锡铅焊点空洞问题.介绍了焊点空洞的产生机理、焊接工艺难点及空洞控制方法,提出了优化焊盘设计、优化模板开孔设计、强化焊膏使用控制、控制焊膏印刷精度、控制贴装精度和优化焊接工艺参数等六大保证措施.经试验验证,同时采取6项措施后,有效地控制了镍金表面处理的PCB上LP封装器件的中央焊盘焊点空洞问题.     

基于回归分析和遗传算法的BGA焊点功率载荷热应力分析与优化

建立了球栅阵列BGA（Ball Grid Array）焊点有限元分析模型,选取焊点高度、焊点最大径向尺寸、上焊盘直径和下焊盘直径作为设计变量,以焊点应力作为目标值,采用响应曲面法设计了29组不同水平组合的焊点模型并建模进行仿真计算,建立了焊点应力与结构参数的回归方程,基于回归方程结合遗传算法对焊点结构参数进行了优化,获得了焊点应力最小的结构参数最优水平组合.结果表明：对于无铅焊料SAC387,焊点应力随焊点的高度增加而减小,随最大径向尺寸的减小而减小;应力最小的焊点水平组合为：焊点高度0.38mm、最大径向尺寸0.42mm、上焊盘直径0.34mm和下焊盘直径0.35mm;对最优水平组合仿真验证表明优化后焊点最大应力下降了4.66MPa,实现了BGA焊点的结构优化.     

基于扭转载荷的微尺度CSP焊点应力应变分析与优化

建立了微尺度芯片尺寸封装焊点有限元分析模型并对其进行扭转应力应变仿真分析与实验验证.分析了焊点材料、焊点直径、焊盘直径和焊点高度对焊点扭转应力应变的影响;以焊点材料、焊点直径、焊盘直径和焊点高度为设计变量,采用响应面法设计了29组不同水平组合的焊点模型并获取了相应焊点扭转应力,建立了焊点扭转应力与焊点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：焊点材料为SAC305时扭转应力应变最大,焊点最大扭转应力应变随焊点直径和焊盘直径增加而减小、随焊点高度增大而增大;最优焊点结构参数水平组合为：焊点材料SAC305、焊点直径0.22mm、焊盘直径0.14mm和焊点高度0.14mm;仿真验证表明最优焊点最大扭转应力下降了3.7MPa.     

柔性电路焊盘上LED掉件失效原因分析

焊点作为印制电路板焊盘与电子元器件之间实现电气连接和机械连接的关键,其质量影响着后续产品测试及应用。通过金相切片、扫描电子显微镜、 X射线能谱分析仪和推力测试等分析方法,研究了用化镍浸金工艺处理的柔性印制焊盘上发光二极管器件脱落的主要原因。结果表明：由于柔性印制焊盘表面存在浅表面腐蚀导致样品生成不良的金属间化合物、连续的富磷层从而削弱了焊点结合强度,在外界应力作用下容易发生焊点开裂导致掉件失效的问题。     

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.     

SMO-8封装器件的焊接可靠性

SMO-8陶瓷管壳封装的器件在焊接到印制板作温度冲击试验后,管壳底部的陶瓷层出现了裂纹。使用ANSYS有限元分析的方法对管壳焊接到印制板的整体结构的应力分布情况进行仿真分析,找出陶瓷出现裂纹的力学原因。并据此提出SMO-8陶瓷管壳焊接的改进方案:SMO-8管壳接地焊盘由方形设计改为边缘圆弧形设计,然后重新做应力分析。通过对比,在相同温度条件下管壳陶瓷层所受应力分布改善,边沿所受应力值明显降低。根据仿真结果制作样品并对样品做温度冲击试验进行验证。结果表明,圆弧形焊盘设计可以解决SMO-8封装器件焊接后经温度冲击时出现的陶瓷层裂纹问题。     

宏细观统一模型下PBGA焊点的模拟分析

利用有限元软件在再流焊温度下,分别对PBGA器件统一的宏细观模型进行了模拟分析,就内部焊球来说,发现应力变化最大的是边界焊球,失效最容易从这里产生;并且发现再流焊温度加载过程中的温度变化速率与焊点内的应力变化有直接的关系,当把冷却区的温度变化速率从3减小到1.5时,可以从焊点的不同载荷步应力云图看出,应力突变明显降低,这对提高器件可靠性有重要意义.     

随机振动加载条件下QFN焊点的优化设计

采用基于最小能量原理和有限元数值分析方法的Surface Evolver软件，建立了四方扁平无引脚器件（QFN：Quad Flat No-lead）焊点三维形态预测模型；选取焊盘长度、焊盘宽度、焊料体积和间隙高度作为四个关键因素，采用水平正交表设计了9种不同的QFN焊点工艺参数水平组合，建立了这9种焊点的三维形态预测模型，得到了不同工艺参数水平组合下的QFN焊点形态；分析在随机振动加载条件下，焊盘长度、焊盘宽度、焊料体积和间隙高度四个工艺参数的改变对QFN焊点的应力应变的影响；通过对因子趋势图分析表明：在随机振动加栽下焊盘长度和焊盘宽度对焊点应力应变影响较大，间隙高度和焊料体积对应力应变影响较小；使QFN焊点应变值最小的参数细合为：焊盘长度为0．8mm；焊盘宽度为0．37mm；间隙高度为0．15mm；焊料体积为0.014mm^3。     

倒装焊器件尺寸参数对低k层及焊点的影响

当前。集成电路制造中低k介质与铜互连集成工艺的引入已经成为一种趋势,因此分析封装器件中低矗结构的可靠性是很有必要的。利用有限元软件分析了倒装焊器件的尺寸参数对低k层及焊点的影响。结果表明：减薄芯片,减小PI层厚度,增加焊点高度,增加焊盘高度,减小基板厚度能够缓解低k层上的最大等效应力;而减薄芯片,增加PI层厚度,增加焊点高度,减小焊盘高度,减小基板厚度能够降低焊点的等效塑性应变。     

微尺度BGA焊点拉伸过程有限元仿真分析

建立了微尺度 BGA焊点拉伸有限元分析模型,研究了拉伸加载条件下焊点高度、直径和焊盘直径对焊点拉伸应力应变的影响。结果表明：拉伸条件下,微尺度 BGA焊点顶端和底端的应力应变要大于焊点中间部分,焊点顶部和底部位置为高应力应变区域;在只单一改变焊点高度、直径和焊盘直径其中之一的前提下,随着焊点高度、直径和焊盘直径的增加,微尺度BGA焊点内的最大应力应变均相应减小;在置信度为90%的情况下,焊点直径对拉伸应力影响最大,其次是焊盘直径,最后是焊点高度;焊点直径对焊点拉伸应力具有显著影响,焊盘直径和焊点高度对焊点拉伸应力影响不显著。     

SOD-323型双端器件焊点防开裂技术研究

针对某电源模块产品中的SOD-323型双端器件在环境试验中出现焊点开裂的失效问题,对其焊点开裂机理进行研究。结合三防漆的温度特性,对其进行仿真和多种条件下的应力试验摸底。根据试验结果,提出了针对SOD-323型双端器件焊点开裂的应用解决方案。     

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。     

CQFP器件高可靠组装的实现

CQFP器件由于其卓越的高可靠性能,在军事、航空、航天领域都有着广泛的应用,但是由于该类器件自身的特点,在实际组装过程中容易出现偏离焊盘、引脚变形以及焊点开裂等问题,这些都是装配工艺必须要尽量解决和避免的问题。阐述了CQFP器件的特点,分析了影响CQFP器件组装可靠性的主要工艺环节,给出了组装的注意事项和一些具体实施方法。另外列举了CQFP器件的一些常见缺陷,对发生的原因进行了分析,并结合实际给出了有效的解决措施。     

Pb90Sn10焊点硅基器件与PCB板组装的温循可靠性研究

采用有限元仿真和实验两者相结合的方法,对-40～70℃使用环境下的Pb₉₀Sn₁₀焊点硅基器件与PCB板组装的组件,选择-55～85℃温度循环条件进行可靠性分析和研究。Anand模型仿真分析焊点在温循下应力应变行为,提取模型焊点在最后一个温度循环结束时的等效塑性应变分布并进行分析,确定最易发生热疲劳失效的关键焊点和关键位置。基于Coffin-Manson方程对热循环条件下焊点的服役寿命和失效模式进行预测。仿真结果表明焊点失效机理为热疲劳失效,失效模式为焊点开裂,失效循环周期为3 984 cycles。实验表明：温度循环500次,未出现焊点裂纹、空洞等缺陷;温度循环2 000次后焊点形貌由球形变为椭球形,焊点未出现明显缺陷。     

CBGA器件焊点温度循环失效分析

陶瓷球栅封装阵列(CBGA)器件的陶瓷器件与印制电路板之间热膨胀系数的差异是导致焊点失效的主要因素,其可靠性一直是CBGA封装器件设计时需重点考虑的问题[1].对CBGA植球器件的板级表贴焊点在-55～105 ℃温度循环载荷条件下的失效机理进行了研究,结果表明,CBGA板级表贴器件的焊点的主要失效部位在陶瓷一侧焊料与焊球界面和焊点与焊盘界面两处,边角焊点优先开裂,是失效分析的关键点;随着循环周期的增加,内侧链路依次发生断路失效.     

LGA焊点形态对焊点寿命影响的有限元分析

通过Surface Evolver软件对LGA焊点进行了三维形态预测,利用有限元数值模拟对LGA焊点在热循环条件下寿命进行了分析。研究了热循环条件下LGA焊点的应力应变分布规律,随着焊点远离元件的中心位置焊点所受到的等效应力、等效应变和塑性应变能密度逐渐增大,从而得出处于外面拐角的焊点最先发生失效的结论。基于塑性应变范围和Coffin-Manson公式计算了焊点热疲劳寿命;找出了LGA焊点形态对焊点寿命的影响规律,模板厚度一定时PCB焊盘尺寸小于上焊盘时LGA焊点的热疲劳寿命与PCB焊盘尺寸成正比,大于上焊盘时成反比,大约相等时焊点寿命最大。当PCB焊盘和模板开孔尺寸固定时,通过增大模板厚度来增加焊料体积在一定程度上可提高LGA焊点的热疲劳寿命,但是模板厚度增大到一定值时LGA焊点寿命会逐渐降低。     

苛刻环境下多芯片FC-PBGA器件板级温循可靠性研究

研究了宇航用多芯片扁出型倒装芯片球栅（FC-PBGA）器件在温度循环下的板级可靠性。通过宏观形貌观察、微观结构演变等手段对温循后的器件进行了分析,并利用有限元仿真对器件的疲劳寿命进行了评估。研究结果表明,经温度循环后FC-PBGA器件表面三防漆出现起皮现象,但封装组件未出现失效故障。器件中倒装芯片的布局对温度循环后危险焊点的位置具有显著的影响。危险焊点在温度循环后产生了明显的塑性变形,在靠近芯片端的界面处形成了显微裂纹。通过有限元仿真结合修正的Coffin-Manson方程计算得到了组件的温度循环疲劳寿命约为1 002次,具有较好的可靠性,为塑封器件的高可靠性应用提供了参考。     

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。     

板级结构参数对CSP器件焊点可靠性的影响

研究了几何因素和基板材料对无铅焊点可靠性的影响，建立了CSP封装元件的有限元模型。进行了温度循环测试，分析了焊点的应力应变情况。结果表明：基板厚度，焊点高度与焊盘直径的变化对焊点寿命有着不同的影响趋势。同时比较了FR4，Al2O3，PI材料基板与无铅焊点互连的情况，最终得出PI基板是最有利于封装器件使用的基板材料。但是由于其加工成本较高等方面的原因一般只用于高可靠性要求的军事产品领域。