电子封装无铅互连焊点的电迁移研究进展

随着电子封装逐渐向小型化和多功能化发展,互连焊点中的电迁移问题备受关注。本文针对电子封装无铅互连焊点中出现的电迁移问题,先探究了电迁移的影响因素,其中包括电流密度、温度、焊点的成分和微观结构。其次,阐述了电迁移对无铅焊点的力学性能、界面组织、振动疲劳性能和断裂机制的影响。然后针对电迁移问题,介绍了通过添加合金元素和控制电流密度两个方面来提高焊点的抗电迁移失效的能力。最后,简述了该领域的研究发展方向,为进一步研究电迁移对无铅互连焊点的可靠性提供了理论基础。     

Sn-Zn钎料的研究进展

新型Sn-Zn无铅钎料无毒、价格低廉、与Sn-Pb钎料熔点相近,是最有可能替代传统Sn-Pb钎料的材料之一。结合国内外Sn-Zn系无铅钎料的研究成果,综述了添加合金元素对该钎料润湿性、抗氧化性、力学性能、显微组织以及界面组织的影响,并对其今后的研究方向提出了建议。     

纳米颗粒对无铅钎料改性的研究进展

随着电子器件趋于微型化、多功能化,微电子封装中的焊点与间距互连要求更小,对焊点的可靠性提出了更高的要求,而在电子封装中钎料对焊点可靠性起着至关重要的作用.近年来,人们越来越注重绿色发展理念,对铅的毒性关注度日益增强,并且各国纷纷立法禁止使用含铅钎料,推动了无铅钎料的快速发展.但是,现有无铅钎料均存在成本高、润湿性差、可靠性低等问题.因此,探索并研发性能优异的无铅钎料任重而道远.目前,许多研究者选择在无铅钎料中添加纳米颗粒以增强复合钎料的综合性能,如金属颗粒、金属化合物颗粒、碳基纳米材料等.研究表明,纳米颗粒的加入可以细化钎料基体组织,抑制金属间化合物(IMC)的生长,提高钎料的力学性能.因此,研发颗粒增强型无铅钎料以改善钎料合金的整体性能成为研究的热点.本文综合分析了不同类型、不同尺寸、不同含量的纳米颗粒对无铅钎料组织性能的影响与作用机理,综述了添加纳米颗粒对钎料的显微组织、润湿性能、力学性能、蠕变性能、电迁移特性和可靠性的影响.此外,概述了亚微米颗粒对三维封装互连焊点的改性作用.最后,总结了纳米颗粒增强无铅钎料的不足之处,并对其未来发展进行展望,以期为日后研发高性能的颗粒增强型无铅钎料提供基础理论指导.     

基于田口法的CSP器件结构优化设计

为提高芯片尺寸封装(CSP)器件的焊点可靠性,基于田口法,采用Garofalo-Arrhenius稳态本构方程和有限元法,对CSP器件焊点热循环载荷下的应力应变分布进行有限元模拟. 考虑焊点材料、焊点高度、芯片厚度、基板厚度四个控制因素,借助田口法,采用正交表L9(34)安排试验,研究发现影响焊点可靠性的主要影响因素为焊点材料和焊点高度. 经过田口试验法优化得到的最佳方案组合为焊点材料Sn3.9Ag0.6Cu,焊点高度0.29 mm,芯片厚度0.1 mm,基板厚度0.17 mm. 该最优方案和原始设计方案相比,蠕变应变能密度降低65.4%,信噪比提高了9.22 dB. 结果表明,CSP器件焊点可靠性得到显著提高.     

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。     

FCBGA器件SnAgCu焊点的热冲击可靠性分析

采用有限元法和Garofalo-Arrheninus稳态本构方程,在热冲击条件下对倒装芯片球栅阵列封装（FCBGA）器件SnAgCu焊点的可靠性进行分析. 结果表明,Sn3.9Ag0.6Cu焊点的可靠性相对较高. 通过分析SnAgCu焊点的力学本构行为,发现焊点应力的最大值出现在焊点与芯片接触的阵列拐角处. 随着时间的推移,SnAgCu焊点的应力呈周期性变化. Sn3.9Ag0.6Cu的焊点应力和蠕变最小,Sn3.8Ag0.7Cu焊点应力和蠕变次之,Sn3.0Ag0.5Cu焊点应力和蠕变最大,与实际的FCBGA器件试验结果一致. 基于蠕变应变疲劳寿命预测方程预测三种SnAgCu焊点的疲劳寿命,发现Sn3.9Ag0.6Cu焊点的疲劳寿命比Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.8Ag0.7Cu焊点的疲劳寿命高.     

电子封装无铅软钎焊技术研究进展

软钎焊技术被广泛应用于电子封装领域,可实现电子封装器件与材料之间的互连。SnPb钎料因其良好的润湿性能、焊接性能和合适的价格,一直是电子封装领域中使用较为普遍的钎焊材料。但是,Pb是一种会对人体和环境造成伤害的元素。随着人们环保意识的增强,铅的使用受到了极大的限制,无铅钎料取代SnPb钎料是钎料发展的必然趋势,加速了软钎焊技术向无铅化发展的进程。在钎焊时,助焊剂的性能决定了焊接的效率和质量,因此选择合适的助焊剂是关键。目前,国内外研究学者对无铅软钎焊进行了大量研究,并取得了丰富的成果,例如:通过合金化、颗粒强化等方法研发出多种新型无铅钎料;美、日、欧三方分别发布了无铅钎料和无铅软钎焊发展指南;研发出多种无铅免清洗型助焊剂。因此,基于软钎焊技术的基础研究和应用开发体系已经成熟。应用较为广泛的软钎焊技术有三种,包括波峰焊、回流焊和半导体激光焊。波峰焊一般应用于混合组装方面,回流焊主要应用于表面贴装方面。作为群焊工艺的半导体激光焊经常应用于印刷电路板上焊接电子元件、片状元件的组装等方面。随着电子产品逐渐向小型化和多功能化的方向发展,对连接可靠性的要求越来越高,但基于无铅软钎焊技术的研究和应用开发仍显不足。本文针对电子封装无铅软钎焊技术,探讨了软钎焊技术的研究进展和发展方向。首先,对无铅钎料、助焊剂的种类和组成进行介绍。然后针对无铅化带来的Sn和Cu界面反应的问题,通过Cu基板提出了基板合金化、对基板进行退火处理和化学镀三种解决措施。最后重点阐述了回流焊、波峰焊和半导体激光焊及其应用,为研究电子封装无铅软钎焊技术提供了进一步的理论基础。