热疲劳载荷作用下不同成分BGA互连焊点可靠性研究

本文针对微电子组装中常见的BGA 封装形式,对比采用三种不同成分的BGA焊球和焊膏组合（锡铅共晶焊球和锡铅共晶焊膏、Sn3Ag0.5Cu 焊球和锡铅共晶焊膏、以及Sn3Ag0.5Cu焊球和Sn3Ag0.5Cu焊膏）焊接得到的BGA 互连点,经过不同周期的热疲劳试验后,在金相显微镜和电子背散射衍射下观察,发现Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏混装形成的BGA焊点中黑色的富锡相均匀弥散分布在焊球内,在热循环载荷作用下极难形成再结晶,抗热疲劳性能最好。     

孔洞对BGA封装焊点热疲劳可靠性影响的概率分析

采用有限元分析、蒙特卡罗模拟和概率分析相结合的方法,研究了BGA(Ball Grid Array)封装焊点内部孔洞对焊点的热疲劳可靠性的影响规律。先用X-Ray检测仪对BGA封装进行无损检测,获得焊点内部孔洞尺寸及其分布规律,然后通过有限元软件建立BGA封装模型进行计算分析,针对危险焊点进行参数化建模,建立了含孔洞尺寸及位置呈随机分布的焊点有限元分析子模型。通过后处理获取塑性应变能密度作为响应值,构造随机孔洞参数与塑性应变能密度的代理模型,并运用蒙特卡罗随机模拟方法,研究了孔洞对焊点热疲劳可靠性的影响规律。结果表明,除了位于焊点顶部区域的小孔洞以外,大部分孔洞的出现都会提高焊点的热疲劳可靠性。     

BGA焊点互连的可靠性

与SOIC、PLCCs或QFPs相比,母板上BGA互连一般在每个设备上有更多焊点,因此出现故障的可能性也随之增大.加上对它检查、返工和维修都比较困难,所以确保成形阵列互连的一致性,以及它们的质量及集成度都很重要.阵列互连的可靠性主要有两方面,首先,阵列焊点互连较传统的外引线互连顺从性要低.顺从性低导致互连在疲劳环境里性能下降.这里的疲劳环境是由温度波动及内部电路开/关造成热应力导致的.另外,在板级装配中,表面安装阵列互连及其应用相对来说才刚刚起步,缺乏性能方面的统计数据。影响焊点长期可靠性的因素主要有以下6点。     

基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测

BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。     

BGA焊点可靠性研究综述

随着集成电路封装技术的发展,BGA封装得到了广泛应用,而其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。该文介绍了BGA焊点可靠性分析的主要方法,同时对影响焊点可靠性的各因素进行综合分析。并对BGA焊点可靠性发展的前景进行了初步展望。     

无铅BGA焊点局部再结晶与损伤模式的研究

小型化、高性能的BGA无铅器件已成为现代高集成度电子产品的组装必需器件,在其服役过程中,会经历热循环,出现失效。使用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)和显微硬度,对经历热循环BGA器件损伤模式进行了研究。得出结论:材料的热膨胀系数失配为裂纹萌生和扩展提供了驱动力,裂纹沿着钎料球内部弱化的局部再结晶晶界扩展,最终导致焊点断裂失效。     

晶体类型对无铅BGA焊点疲劳断裂失效影响的研究

借助ANSYS有限元分析软件,使用子模型分析技术对单晶结构和多晶结构两种不同晶体类型的无铅BGA焊点做了应力应变计算,并结合通过扫描电镜(SEM)获取的断裂焊点截面照片,对比分析了不同晶体类型对BGA焊点疲劳断裂失效的影响。得出结论:焊点晶体类型也是影响无铅BGA焊点疲劳断裂失效的重要因素。     

BGA混合焊点热循环负载下的可靠性研究

焊料从有铅向无铅转换中,不可避免会遇到二者混合使用的情况,有必要对生成的混合焊点进行可靠性研究。通过对不同工艺参数下形成的混合焊点和无铅焊点进行了外观检测、X射线检测和温度循环测试。结果显示,只要工艺参数控制得当,混合焊点是可行的。在焊球合金、焊料合金、峰值温度、液相线以上时间和焊接环境五个关键因素中,前四项对焊点可靠性比较重要,焊接环境对焊点可靠性的影响不很显著。     

板级跌落试验下BGA焊球的疲劳裂纹行为研究

BGA焊球内部裂纹的生长是跌落可靠性试验中焊球失效的根本原因.比较和研究了无铅及有铅焊球在板级跌落试验下疲劳裂纹的行为.通过跌落试验获得了BGA焊球在不同加速度水平下的平均寿命,接着在同一加速度水平下跌落不同次数,使用荧光染色法观察焊球内部裂纹的生成和扩展行为,得到无铅及有铅BGA焊球内部裂纹随跌落次数增加的不同生长规律.根据观察结果分析和讨论了跌落试验下裂纹随跌落次数增加时的扩展行为及其原理,进一步阐明了BGA焊球的失效原因和失效机制.     

BGA焊点的形态预测及可靠性优化设计

制定了BGA(球栅阵列)焊点的形态预测以及可靠性分析优化设计方案，对完全分布和四边分布的两种BGA元件，通过改变下焊盘的尺寸得到不同钎料量的焊点，并对其形态进行了预测，建立了可靠性分析的三维力学模型。采用有限元方法分析了元件和焊点在热循环条件下的应力应变分布特征，预测了不同种类和不同形态的BGA焊点的热疲劳寿命，由此给出了最佳的上下焊盘比例范围。     

焊接温度曲线对混装BG A塌落和空洞的影响

采用有铅焊膏焊接无铅BG A 是当前高可靠电子产品组装中应对BG A 器件无铅化的手段之一。混合焊接时焊接温度曲线是影响BG A 焊接质量和焊点性能的关键因素。研究不同焊接温度曲线条件下无铅BG A 的塌落高度和焊点中空洞状况。研究结果表明,采用有铅焊膏焊接SnA gCuBG A ,但焊接峰值温度为215℃和220℃时,BG A 未完全塌落,继续提高峰值温度到225℃,BG A 塌落高度与有铅焊膏焊接有铅BG A 的塌落高度接近;继续升高峰值温度,无铅BG A 的塌落高度变化不大。当焊接峰值温度从215℃提高到230℃,混装焊点中的空洞逐渐减少;焊接峰值温度继续提高,焊点中空洞反而增加。     

BGA元器件受热模型分析与SMT工艺控制

不同BGA封装结构的元器件在回流焊过程中,由于其焊球的受热路径和热阻不同,导致焊球受热不均匀、PCB变形甚至引起IC芯片的"虚接触",严重影响BGA元器件的焊接质量.通过对BGA封装元器件受热模型,热阻的分析,提出了不同BGA封装结构的元器件回流焊温度设置和控制要点:PBGA元器件峰值温度在235～245℃时焊接时间1...     

冷热冲击下BGA焊接失效的分析研究

采用冷热冲击的方法,以温度改变率为90℃/min,温度循环范围为–65~+125℃,高低温段停留时间为15 min的条件对无铅焊接的BGA焊接位置进行可靠性测试,用金相显微镜,SEM和EDS进行表征分析。结果表明,冷热冲击下BGA的失效点多集中于焊料与焊盘间。SnAgCu焊料与焊盘以及形成的IMC之间的热膨胀系数(CTE)不匹配,还有IMC被氧化是导致在冷热冲击下BGA焊接位置失效的主要原因。     

BGA焊点可靠性工艺研究

伴随高密度电子组装技术的发展,BGA(Ball Grid Array)成为高密度、高性能、多功能及高I/O数封装的最佳选择。文章分析了影响BGA焊点可靠性的关键因素,特别提出了减少焊点空洞缺陷和提高剪切强度的主要措施,并通过试验优化出各工艺参数。结果表明:运用优化的工艺参数制作的BGA焊点,焊接空洞以及芯片剪切强度有了明显改善,其中对BGA焊接样品进行150℃、1000h的高温贮存后,焊点的剪切强度完全满足GJB548B-2005的要求。     

基于正交试验法的高速背板焊点热疲劳可靠性分析

针对某特定电子整机的布局,研究了背板的备用线数量及接口布局;以高速互联背板焊点为研究对象,基于正交试验法,建立不同组合水平下的有限元分析模型;利用ANSYS软件,对背板焊点在热循环加载条件下的热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测,获得了较好的结果。