球栅阵列倒装焊封装中的热应变值的测试

利用高温云纹实验方法测试球栅阵列(BGA)封装焊点的热应变,采用硅橡胶试件光栅复制技术,使测试环境温度提高到200℃.通过实时热应变测量,得到各焊点的热应变关系以及封装材料、电路板各部分的热应变分布状况,为研究集成电路封装组件焊点的建模和热疲劳破坏机理提供了可靠的实验依据.     

专用倒装焊封装的开发与应用

倒装焊互连开始出现于各种封装结构中,倒装芯片封装(FCIP)现在已从30引线的CSP发展到2000引线以上的BGA中,该技术并不是一门新技术。倒装焊芯片最早是30多年前IBM公司推出,一直是在所生产的一些最高性能计算系统的核心。这个概念很简单,将一个小的焊料凸点从芯片的有源面直接到基板上。这种连接在电性能上远远优于线连接,因为它大大缩减了路径长度和相关的电感。其次,芯片与基板之间的导体连接点是同时完成,而不像丝焊封装那样一个接一个     

倒装焊焊点形态及其可靠性研究

本文采用Surface Evolver软件对倒装焊复合焊点的几何形态进行了模拟。通过非线性有限元方法研究有铅和无铅两种焊点在热循环作用下的应力应变关系，基于疲劳寿命C—M预测公式对焊点的热疲劳寿命进行预测与比较。     

倒装焊封装中无铅焊点在封装工艺中的热机械力学分析

采用粘塑性Garofalo—Arrhenius模型描述无铅焊料的蠕变行为，确定了96．5Sn3.5Ag焊点材料的模型参数。采用与固化过程相关的粘弹性力学模型描述倒装焊底充胶的力学行为。利用有限元法模拟了无铅板上倒装焊在封装工艺及热循环条件下的应力应变行为。结果表明由于无铅技术在封装中的引入，封装工艺对倒装焊器件的影响更为重要。     

现代微光电子封装中的倒装焊技术

结合我们设计制作的倒装焊光电子器件—智能像素面阵 ,对倒装焊的工艺过程作了简要的介绍。该面阵采用铟做凸点材料 ,制作了输入输出数达 6 4× 6 4的凸点电极阵列 ,并采用回流焊的方式 ,将光电调制器面阵与对应的处理电路芯片对准后加热回流实现焊接 ,形成输入输出引线间距只有 80 μm的面阵器件     

模板参数对倒装焊焊点形态的影响

模板开口的尺寸和厚度决定应用于PCB板上焊膏的量，从而决定了回流焊后生成的焊点形态。本文根据IPC-7525模板设计理论，拟定多组开口方案，设计了16组模板结构参数，并通过软件Surface Evolver输入数据文件，得到16组倒装焊焊点形态，用有限元软件进行焊点寿命分析，得到了模板结构参数与热疲劳寿命的关系，探讨不同的开口尺寸和厚度对焊点形态的影响。     

倒装焊器件封装结构设计

倒装焊是今后高集成度半导体的主要发展方向之一。倒装焊器件封装结构主要由外壳、芯片、引脚(焊球、焊柱、针)、盖板(气密性封装)或散热片(非气密性封装)等组成。文章分别介绍外壳材料、倒装焊区、频率、气密性、功率等方面对倒装焊封装结构的影响。低温共烧陶瓷(LTCC)适合于高频、大面积的倒装焊芯片。大功率倒装焊散热结构主要跟功率、导热界面材料、散热材料及气密性等有关系。倒装焊器件气密性封装主要有平行缝焊或低温合金熔封工艺。     

倒装焊芯片的焊球制作技术

介绍了芯片倒装焊的重要意义、发展趋势、基本的焊球类型、制作方法及焊球质量的检测技术。     

模板对倒装焊焊点形态的影响及其可靠性研究

本文通过用于焊点形态预测软件SURFACE EVOLVER的输入数据文件,得到倒装焊焊点形态.参考模板开口指导说明(IPC-7525),拟定模板开口方案,得到相应的焊点形态.通过建立有限元模型,运用ANSYS软件对含铅焊点在热循环加载条件下的应力应变和疲劳寿命进行分析.根据预测得到的热疲劳寿命,找出了适合本文模型的模板结构参数,同时分析了其它设计与工艺参数和焊点可靠性之间的关系.     

Design of Solder Joint Structure for Flip Chip Package with an Optimized Shear Test Method

The structure of flip chip solder bumps was optimized in terms of shear height and shear speed using a shear test method with both experimental investigation and nonlinear, three-dimensional, finite element analysis being conducted. A representative, Pb-free solder composition, Sn-3.0Ag-0.5Cu, was used to optimize the shear test of the flip chip solder joints. Increasing the shear height, at a fixed shear speed, decreased the shear force, as did decreasing the shear speed, at a fixed shear height. These experimental and computational results supported the recommendation of low shear height and low shear speed condition for the shear testing of flip chip solder bumps. This optimized shear test method was applied to investigate the effect of various heights of mini bumps on the shear force of the solder joints. The shear force increased with increasing Ni-P mini bump height.     

倒装焊SnPb焊点热循环失效和底充胶的影响

采用实验方法 ,确定了倒装焊 Sn Pb焊点的热循环寿命 .采用粘塑性和粘弹性材料模式描述了 Sn Pb焊料和底充胶的力学行为 ,用有限元方法模拟了 Sn Pb焊点在热循环条件下的应力应变过程 .基于计算的塑性应变范围和实验的热循环寿命 ,确定了倒装焊 Sn Pb焊点热循环失效 Coffin- Manson经验方程的材料参数 .研究表明 ,有底充胶倒装焊 Sn Pb焊点的塑性应变范围比无底充胶时明显减小 ,热循环寿命可提高约 2 0倍 ,充胶后的焊点高度对可靠性的影响变得不明显     

倒装焊SnPb焊点热循环失效和底充胶的影响

采用实验方法,确定了倒装焊SnPb焊点的热循环寿命．采用粘塑性和粘弹性材料模式描述了SnPb焊料和底充胶的力学行为,用有限元方法模拟了SnPb焊点在热循环条件下的应力应变过程．基于计算的塑性应变范围和实验的热循环寿命,确定了倒装焊SnPb焊点热循环失效Coffin-Manson经验方程的材料参数．研究表明,有底充胶倒装焊SnPb焊点的塑性应变范围比无底充胶时明显减小,热循环寿命可提高约20倍,充胶后的焊点高度对可靠性的影响变得不明显．     

倒装陶瓷球栅阵列电子封装的热分析

建立了倒装陶瓷球栅阵列(flip chip ceramic ball grid array,FC-CBGA)封装的三维热模型。在5 W热负荷下,比较了裸芯片式、盖板式和盖板加装热沉三种情况下芯片的热性能,进而分析了有无热沉和不同空气流速下,盖板式封装的具体热流分配情况。结果表明:在自然对流下,与裸芯片式相比,采用盖板式能使芯片结点温度降低约16℃,盖板加装热沉能使芯片结温降低47℃。芯片产生的热量大部分向上流向盖板,且随着空气流速的增加比例增大;由芯片流向盖板的热量有相当大一部分经过侧面流向基板,且随着流速增大比例较小。     

热循环过程中焊点残余应变的研究

采用激光云纹干涉法,测量了不同热循环规范下焊点内的残余应变分布及最后失效的的焊点内最大的累积残余应变(即累积塑性变形),结果表明:材料热膨胀系数的不匹配导致焊点中存在很大的剪切变形,而且焊点内的残余应变的分布是很不均匀的;对应于同一种焊料,不同的热循环规范下焊点失效时的累积塑性变形基本上相同,可以认为对于焊点来说,失效时的累积塑性变形是一个常数,这可以作为热循环过程中焊点失效的判据。     

形成倒装芯片焊点的铜接线柱焊凸(SBC)法

在倒装芯片应用中生长晶圆焊凸的工艺中对于间距较小(即小于150μm)、具有数个尺寸为150μm的焊凸,倒装前的焊锡涂敷好坏对产品的良率和可靠性起着重要作用。因为,如果涂敷的焊锡体积不均匀,就经不起涂敷过程中为确保涂敷在引线框上焊锡的完整和体积一致性而引入的强制视像系统检查,从而降低产出率。这就是一些组装工艺正设法减少或取消这些限制的原因。另一方面,采用直接熔化焊凸的方法来形成焊点是一种速度较快的工艺,但在保证回流处理后的离板高度方面有缺点,导致在温度和功率循环测试中的表现较差。介绍的采用铜接线柱焊凸(SolderBumponCopperStud;SBC)法解决了这些问题;对于那些需要倒装的组装工艺而言,这是可保障其制造性较佳的解决方案。介绍采用铜接线柱焊凸(SBC)工艺在附着在倒装芯片上的金属基片和焊凸之间形成焊点的新方法,利用铜接线柱焊凸技术再配合晶圆级的焊锡丝印工艺在半导体上预先形成焊凸。这是替代电镀焊凸工艺一种别具成本效益的方法。     

Dependence of Flip Chip Solder Reliability on Filler Settling

Thermomechanical reliability of solder joints in flip-chip packages is usually analyzed by assuming a homogeneous underfill ignoring the settling of filler particles. However, filler settling does impact flip chip reliability. This paper reports a numerical study of the influence of filler settling on the fatigue estimation of flip-chip solder joints. In total, nine underfill materials ( 35 vol% silica filler in three epoxies with three filler settling profiles for each epoxy) are individually introduced in a 2-D finite element (FE) model to compare the thermal response of flip chip solder joints that are surrounded by the underfill. The results show that the fatigue indicators for the solder joints (inelastic shear strain increments and inelastic shear strain energy density) corresponding to a gradual, nonuniform filler profile studied in this paper can be smaller than those associated with the uniform filler profile, suggesting that certain gradual filler settling profiles in conjunction with certain resin grades may favor a longer solder fatigue lifetime. The origin of this intriguing observation is in the fact that the solder fatigue indicators are a function of the thermal mismatch among the die, substrate, solder, and underfill materials. The thermal mechanics interplayed among these materials along with a gradual filler profile may allow for minimizing thermal mismatch; and thus lead to lower fatigue indicators.      

无铅倒装焊点的热应力与湿热应力分析

板上倒装芯片（FCOB）作为一种微电子封装结构形式得到了广泛的应用。微电子塑封器件中常用的聚合物因易于吸收周围环境中的湿气而对封装本身的可靠性带来很大影响。文章采用有限元软件分析了潮湿环境下板上倒装芯片下填充料在湿敏感元件实验标准MSL-1条件下（85℃／85％RH、168h）的潮湿扩散分布,进而分别模拟计算出无铅焊点的热应力与湿热应力,并加以分析比较。论文的研究成果不仅对于塑封电子元器件在潮湿环境中的使用具有一定的指导意义,而且对于FCOB器件在实际应用中的焊点可靠性问题具有一定的参考价值。