CCGA器件焊接工艺及可靠性研究

陶瓷柱栅阵列封装器件（CCGA）由于其抗振、易清洗、热匹配性好等优势,在可靠性要求较高的航天电子产品中被大量选用。为了满足航天产品应用需求,本文通过对CCGA器件焊接工艺及可靠性研究,摸索一条CCGA器件焊接工艺流程,并确定适宜的焊接工艺参数,包括制备试件,开展了验证试验和可靠性分析。根据分析结果调整工艺流程及参数,最终研究出一条CCGA器件与PCB印制板可靠焊接的工艺路线。     

CCGA焊接工艺与可靠性研究

本文针对CCGA的焊盘设计、贴装设计、回流焊接曲线设计进行了优化。通过装联后的焊点经过X-RAY、金相分析等检测手段,CCGA焊点质量符合要求。通过加固设计,使得CCGA焊点满足可靠性要求。     

焊膏涂覆工艺选择对CCGA焊接可靠性的影响研究

首先从焊膏材料特性、涂覆形貌、贴片形貌、焊接形貌等方面,对比研究了喷印和丝印两种焊膏涂覆工艺;并通过CCGA器件焊接对比分析了焊膏涂覆选择对焊点可靠性的影响。结果表明:焊膏材料特性包括粒径、合金含量和焊膏黏度等对涂覆工艺的选择至关重要。在涂覆形貌上,丝印焊膏因其颗粒度大,助剂少,相比喷印焊膏有更好的形貌稳定性。采用KH-7700显微镜、X-ray探测和金相剖切对焊接结果进行检验,两种涂覆工艺及其材料均呈现良好的焊接形貌和均匀连续的金属间化合物结构,证明了两种焊膏涂覆工艺焊接CCGA器件的可靠性。     

CCGA封装特性及其在航天产品中的应用

介绍了CCGA封装的基本组成及焊柱的3种连接技术,对CCGA如何实现高互联密度、高性能、高可靠性的大尺寸封装进行了详细描述。CCGA板级装配的热循环试验结果表明CCGA封装技术达到甚至超过了典型卫星对航天电子设备可靠性的要求;CCGA散热时施加在器件顶部的压力超过极限值后将对可靠性产生严重影响。板级装配设计的关键要素和板级组装的关键工艺在文中也进行了概括性的叙述。     

CCGA焊柱受力状态下热疲劳寿命的研究

分析了CCGA器件在星载设备中的受力状态。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,以CCGA组件焊柱为对象,建立了焊柱热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了力载荷对焊柱热疲劳寿命的影响。研究结果表明,力载荷在热循环条件下虽然对焊柱的应力影响不大,但对焊柱的塑性应变累积有明显的加剧作用,从而使焊柱的热疲劳寿命有显著降低,减少力载荷有利于提高焊柱的热疲劳寿命。     

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。     

铜带缠绕型焊柱装联结构的板级热-机械可靠性研究

陶瓷基板与印制电路板之间的热膨胀系数差异较大导致的热失配,和大尺寸、高质量带来的抗振动性能下降,是这类器件板级装联失效的主要原因。针对铜带缠绕型焊柱CCGA板级装联结构在温度循环和随机振动载荷下焊点的失效模式和失效机理进行研究。结果表明,最大应力应变点出现在铜带与焊柱接触界面铜带边缘处,裂纹沿铜带缠绕方向的焊柱横截面向内扩展最终导致开裂。由于铜带和焊柱材料弹性模量性能差异较大,铜带与柱芯接触界面存在应力突变现象,器件长期使用过程中会出现焊柱与铜带剥离进而导致互连失效。铜带材质的选择、铜带与柱芯缠绕质量是影响铜带缠绕型焊柱高可靠应用的关键,铜带与焊柱间良好的冶金互连、铜带间隙充分的焊料填充是有效提高铜带缠绕型焊柱的抗热/机械性能的主要途径。     

CBGA、CCGA器件植球／柱工艺板级可靠性研究

陶瓷球栅阵列（CBGA）和陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装由于其高密度、高可靠性和优良的电热性能,被广泛应用于武器装备和航空航天等电子产品。而CBGA／CCGA焊点由于其材料和结构特性,在温度循环等可靠性试验中焊点容易发生开裂,导致器件失效。本文以CBGA256和CCGA256封装产品为例,通过陶瓷基板与PCB板的菊花链设计来验证CBGA／CCGA焊点的可靠性,并对焊点的失效行为进行分析。结果表明,CCGA焊点可靠性要高于CBGA焊点,焊点主要发生蠕变变形,边角处焊点在温度循环过程中应力最大,容易最先开裂。     

CCGA器件的可靠性返修

介绍了CCGA器件返修过程中需要注意问题及其原因,有助于规范CCGA器件的返修过程,减少对单板和器件的损伤,从而提高产品的长期可靠性.     

CCGA器件的结构特征及其组装工艺技术

陶瓷柱列(CCGA)封装由于其高密度I/O、高可靠性、优良的电气和热性能,被广泛应用于军事和航空航天等电子产品.但同时因为本身特殊的结构特征,使得CCGA的组装工艺技术存在一定的难度,受到了广泛的关注.针对CCGA器件,从其结构特征、PCB焊盘设计及组装工艺技术等几方面进行了概括性的叙述和总结.