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。     

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.     

无铅高密度封装焊点的HDPUG（高密度封装用户群）失效分析

本文介绍了高密度封装器件,如PBGA（塑封球栅阵列封装）和CCGA（陶瓷柱栅阵列封装）焊接在SnCuHASL（热焊接（热风整平》,ENIG（无电镀镍金（化学镀镍浸金》或NiAu和OSP（有机保焊剂）EnteekPCBs（印制电路板）上的高密度封装无铅焊点和SnPb焊点的失效分析。经过7500次热循环后,对高密度封装焊点的失效位置,失效模式和金属间化合物（IMC）重点分析,出现的结果将同热循环和有限元分析得到的结果进行比较。     

回流温度曲线对CBGA植球空洞影响研究

随着陶瓷球栅阵列(CBGA)封装形式的产品被广泛应用,空洞对可靠性的影响受到重视。以CBGA256封装形式的电路产品为例,通过调节回流温度曲线研究空洞形成的机理和回流焊时间对空洞率的影响。研究结果表明,随着加热时间的增加,焊点空洞的数量呈现先降低后升高的趋势,而加热时间过长不利于助焊剂残留的排出造成空洞增多,而回流时间的增加有利于回流过程中熔化焊料内部空洞的溢出。     

陶瓷外壳质量对CBGA植球工艺质量的影响

随着陶瓷球栅阵列(CBGA)封装形式的产品被广泛应用,对其产品植球工艺质量的可靠性和一致性的要求也越来越严格,对原材料特别是对陶瓷外壳质量的控制是影响CBGA植球工艺质量的重要因素之一。以CBGA256和CBGA500封装形式的电路产品为例,通过焊盘的共面性、位置度和陶瓷表面的平面度三个方面来研究陶瓷外壳的质量对CBGA植球工艺质量的影响。     

温度循环条件下微弹簧型CCGA焊柱的热疲劳寿命仿真研究

对比封装体不同的热疲劳寿命预测模型,选择适用于微弹簧型陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的寿命预测模型,并对焊点的热疲劳机制进行分析。利用Workbench对焊点进行在温度循环载荷作用下的热疲劳分析。对比不同热疲劳寿命预测模型的结果,表明基于应变能密度的预测模型更适用于微弹簧型CCGA。随后对等效应力、塑性应变、平均塑性应变能密度和温度随时间变化的曲线进行分析,结果表明,在温度保持阶段,焊柱通过发生塑性变形或积累能量来降低其内部热应力水平,减少热疲劳损伤累积;在温度转变阶段,焊柱的应力应变发生剧烈变化,容易产生疲劳损伤。     

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。     

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。     

CBGA植球工艺成熟度提升方法的研究

随着陶瓷球栅阵列(CBGA)封装形式产品被广泛应用,对其植球工艺质量的可靠性和一致性要求也越来越严格,焊球的位置度是检验CBGA产品质量的重要参数之一,其直接影响该产品表面贴装的质量和可靠性。以CBGA256产品为例,针对CBGA产品在批生产过程中出现的局部助焊剂聚集而引起焊球位置偏移的问题,通过对陶瓷外壳质量、焊膏印刷工艺和回流焊工艺的研究,优化CBGA产品的植球工艺,解决局部焊球位置度较差的问题,进而提高产品的一致性和可靠性,提升CBGA植球工艺的成熟度。     

弯曲应力状况下微型BGA封装可靠性比较

文中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（1000με～-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Qη接近500s·℃时,出现寿命最大值。最佳Qη范围在300s·℃～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封装在所有加热因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。     

倒装焊陶瓷封装失效模式分析及失效机理研究

随着封装技术的发展,倒装焊技术得到广泛的应用,倒装焊的研究也越来越广泛深入。文章阐述了倒装焊封装的失效模式,主要有焊点疲劳失效、填充胶分层开裂失效、电迁移失效、腐蚀失效、机械应力失效等。并分析了陶瓷基板倒装焊温度循环试验后的失效模式,陶瓷倒装焊封装失效的机理主要是倒装芯片焊点与UBM界面金属间化合物应力开裂失效。根据失效机理分析,进行陶瓷倒装焊工艺优化改进,试验达到了JESD22-A104C标准规定的温度循环:-65℃～+150℃、500次循环、3只样品无失效的要求。     

PBGA封装热可靠性分析

对PBGA封装体建立了有限元数值模拟分析模型。模型采用无铅焊点,完全焊点阵列形式。研究了封装体在经历IPC9701标准下的五种不同温度循环加载后,受到的热应力、应变,以及可能的失效形式。结果表明,焊点是封装体结构失效的关键环节,焊点所受应力大小与焊点位置有关。比较了不同温度循环下封装体的疲劳寿命。其结果为提高封装体的可靠性和优化设计提供了理论依据。     

CCGA用焊柱发展现状及面临的挑战

CCGA是在CBGA基础上发展而来,利用细长的焊柱取代焊球,借助焊柱良好的耐蠕变能力,适应PCB板与陶瓷外壳/基板之间由于热膨胀系数不同所产生的热应力失配,使得CCGA能够进行高密度、高可靠、大尺寸封装及组装。该种封装形式被广泛应用于武器装备和航空航天等领域。对CCGA用焊柱的结构、节距及生产工艺等方面的发展现状进行总结,相对于其他封装类型,CCGA封装面临成本、机械可靠性和热管理等多方面的挑战。     

CCGA焊柱加固工艺技术研究

针对陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的焊接界面在热冲击试验中出现的断裂失效问题,探讨了如何通过加固CCGA焊接界面来提高器件可靠性的工艺技术.该工艺通过在焊接区域涂覆适量的环氧胶来对焊接界面进行加固保护,对于提高焊柱的抗热冲击能力具有明显的作用,并且能够有效地提高焊柱的可靠性.此外,为了进一步地提高CCGA器件的组装可靠性,对新型结构焊柱进行了相关的试验验证.     

柱栅阵列的无铅卡组装和返修

IBM已将铜柱栅阵列(CuCGA)互连用作为陶瓷柱栅阵列(CCGA)上锡铅焊料柱的无铅替代品(见图1)。像CCGA一样，CuCGA提供一种高可靠性封装解决方案，可以使用具有优良的电性能和热性能的陶瓷芯片载体。取消铅在微电子封装中的应用的行动增加了大尺寸、高I／O封装的制造复杂性。与新型封装互连结构的开发一致的可制造卡组装和返工工艺的开发对于技术的可接收性是至关重要的。设计的铜柱栅阵列(CuCGA)互连可满足可制造性、可靠性和电性能等多方面的要求。可制造性的结构优化重点是在制造处理过程中保证柱的牢固性和具有便捷的卡组装工艺。最终卡上的焊点对于互连的可靠性是至关重要的。互连的几何形状还影响到电性能【1】。评估这些有竞争性因素决定着最后的柱设计【2】。本文重点讨论了CuCGA卡组装和返工工艺的开发和可靠性评估。工艺开发的目的是将成功的SMT组装工艺用于CCGA，以便开发出标准的无铅SMT工艺。将CuCGA组装工艺成功地集成于锡银一铜(SnAgCu，或者SAC)卡组装工艺的开发中，这对于贴装、再流和返修领域都将是一个挑战。本文将讨论通过可靠性评估说明这些工艺的优化和成功结果的实例。     

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。     

BGA焊点的失效分析及热应力模拟

焊点可靠性问题是发展球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）技术需解决的关键问题。本论文采用立体显微镜检查、x-ray检查、金相切片分析、SEM、EDX等方法详细分析了失效BGA焊点的微结构、裂纹情况、金属间化合物、及空洞对可靠性的影响，得出引起焊点失效的主要原因。在此基础上，采用ANSYS有限元软件，模拟分析了热载荷作用下CBGA焊点的三维应力应变行为。研究了影响焊点（鼓形、柱形）热应力应变分布的几个因素（半径、高度、间距），为在实际焊接过程中，对从焊点形态的角度控制焊点质量提供了理论依据。同时还研究了两种典型无铅焊球（Sn95．5／Ag3．8／Cu0．7，Sn96．5／Ag3．5）与含铅焊料（Sn／37Pb）的热应力应变分布，并对结果作了分析比较。得出Sn95．5/Ag3．8／Cu0．7焊点的von mises等效应力应变最大值小于Sn96．5／Ag3．5焊点与Sn／37Pb焊点，为电子焊料无铅化材料体系的选择提供了理论依据。     

基于CBGA技术的双频段四通道变频SiP

在现代雷达系统中,相控阵雷达以其得天独厚的优势依然占据着强势的地位,其中作为核心器件的收发组件发挥重要的作用。伴随着组件高集成、小型化和轻量化的需求,系统级封装（SiP）的技术得以迅猛的发展。本文设计完成了一种基于陶瓷球栅阵列（CBGA）封装的集成S波段和P波段的四通道变频SiP模块,共集成4路S波段变频和1路P波段双向放大芯片,可切换4种工作模式。四通道的带内发射高、低增益值约为30 dB和14 dB,带内接收高、低增益值约为48 dB和35 dB,满足设计要求。此外,变频SiP通过CBGA方式组装在印刷电路板（PCB）上,器件通过100次-55~125 ℃的温度循环试验,板级可靠性较高。     

陶瓷球栅阵列焊点连接改进措施分析

针对陶瓷球栅阵列封装的焊点连接问题,提出一种相对比较完善的改进措施,并进行了理论分析、仿真和试验验证,为陶瓷球栅阵列封装的合理选型提出了建议。     

CQFP器件焊点开裂失效分析

CQFP器件由于其可靠性高的优势已经广泛应用于军事、航天航空领域,但是在实际使用中,特别是在温度和力学条件下容易出现焊点脱落和引脚断裂等问题。针对在工作中遇到的一次典型焊点开裂失效案例进行分析,对问题产生的根源进行了定位,对焊点开裂的失效机理进行了分析,最后简要介绍了提高CQFP器件焊接可靠性的一些工艺措施。