陶瓷封装球栅阵列焊点失效机理研究

研究了陶瓷封装球栅阵列(CBGA)的焊点在长期使用后开裂的失效机理,提出了改善此类元器件焊点可靠性的有效措施。通过X-ray分析、显微剖切、扫描电镜和能谱分析(SEM&EDS)等手段,研究分析了CBGA封装器件焊点失效的机理与成因;基于失效机理,提出了针对性的改善措施,并验证了相关措施的有效性。研究结果表明,由于CBGA器件本体与印制板之间存在较大的热膨胀系数差异,导致焊点在长期使用后出现了热疲劳开裂失效,通过更换焊球类型以增加焊点高度可以显著地改善焊点的可靠性。

基于度量学习的电路焊点缺陷检测方法

针对目前电路焊点缺陷检测方法效率低、准确度差、焊点图像样本量小的问题,提出了一种基于度量学习的快速识别焊点缺陷的方法.首先利用工业相机搭配远心镜头获取焊点图像.通过挖掘焊点图像特征,设计交点检测法来分割焊接单元图像,制作焊点缺陷数据集.在此基础上,设计焊点图像全局特征与局部表征提取方法来对焊点的两类特征进行融合,并对注意力机制进行改进,加入到全局特征提取模块中.对焊点缺陷的检测实验结果表明该方法最终实现了准确率达到98.4%,满足焊点缺陷检测的实际生产要求.

化学镀Ni-P/Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE微连接焊点热时效过程组织与性能

为探究化学镀Ni-P无铅焊点在热时效作用下的组织与性能,采用化学镀方法在T2紫铜表面制备Ni-P层,使用Sn_(2.5)Ag_(0.7)Cu_(0.1)RE钎料通过回流焊方法制备化学镀Ni-P无铅焊点。结果表明:微焊点Ni-P/钎缝过渡区域金属间化合物(IMC)初始组织为呈块状的(Ni,Cu)_(3)Sn_(4),平均厚度为1.5μm。在180℃条件下时效100 h过程中,微焊点Ni-P/钎缝过渡区(Ni,Cu)_(3)Sn_(4)IMC形貌逐渐转变为层状并增厚至3.3μm,微焊点剪切断裂位置由钎缝处向Ni-Sn-P/IMC交界处转移,断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂,相应微焊点的推剪力由初始的16 N下降11.9%。

基于双目结构光的三维立体电路板焊点定位

三维立体电路将传统二维集成电路拓展至三维,在提高了电路板形状设计柔性的同时,也提升了电路板上元器件焊点定位的复杂度.为了降低三维立体电路加工过程中的人力成本,提高加工效率,设计了一种用于焊接机床对三维立体电路板焊点定位的双目结构光系统,并针对双目结构光系统在与焊接机床结合应用过程中存在的坐标转换、焊点识别困难等问题,从硬件与算法层面提出了解决方案.在软硬件的配合下,可以简单快速地完成双目结构光系统与焊接机床之间的坐标转换,并对电路板焊点完成定位与坐标计算,代替了人工对三维立体电路板焊点测量定位的复杂流程.实验表明,提出的方案具有较高的精度,能够满足机床焊接元器件过程中对焊点的定位需求.

SnAgCu/SnBi混装焊点的热循环可靠性研究

Sn-Bi和Sn-Ag-Cu混装焊点是利用低熔点的Sn-58Bi锡膏将高熔点的Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)的小球回流焊接在印制电路板(PCB)上,从而实现高温芯片的低温焊接工艺.文中研究了SnAgCu/SnBi混装焊点在热循环条件下的可靠性并通过有限元模拟揭示了混装焊点热循环可靠性的应变演变行为.热循环试验发现混装焊点的寿命要优于SAC305无铅焊点.有限元计算表明,结构混装焊点内SnBi钎料层的添加能够减小最大非弹性应变范围,从而提升混装焊点的热循环可靠性.

基于能量最小化的CCGA焊点形态仿真研究

为了确定某陶瓷柱栅阵列(CCGA)器件实现高焊接可靠性时的工艺参数组合范围,并研究焊点形态随不同参数变化的规律,以钎料润湿角、钎料体积以及焊柱偏移量作为关键变量因素,利用基于能量最小化原理的Surface Evolver软件,计算了不同因素水平组合下的实际焊点形态,并对参数化建模过程进行了详细介绍。通过对比形态结果与焊点可接收标准,寻找能够产生合格焊点的参量范围,为实际焊点微连接生产工艺提供合理的工艺指导。

温度循环和随机振动载荷下堆叠封装焊点可靠性模拟研究

采用有限元模拟研究了堆叠封装(Package on package, PoP)在温度循环和随机振动载荷下的焊点可靠性,包括封装内部的基板堆叠焊点和封装外部的板级互连焊点。通过应力分析定位危险焊点并计算焊点在温度循环下的疲劳寿命。模拟结果表明:在温度循环载荷下,应力主要集中于基板边角处焊点,基板堆叠焊点的疲劳寿命为3 002周次,板级互连焊点的疲劳寿命为1 552周次;在随机振动载荷下,两层焊点的应力值均较低,在50~2 000 Hz的随机振动频率范围内具有较高的可靠性。

PBGA焊点形态对疲劳寿命的影响

通过Surface Evolver软件预测了塑料球栅阵列(PBGA)焊点形态,将焊点形态结果导入Ansys软件中进行-55~125℃热循环仿真实验,通过Coffin-Masson模型预测焊点寿命。选取焊点钎料量、焊点高度、下焊盘直径作为影响焊点寿命的主要因素进行了3因素3水平正交实验,通过均值响应分析得到了影响凸点寿命的最敏感因素及最优形态尺寸组合。结果表明对焊点寿命影响最大的因素为下焊盘半径,其次是钎料量,最后是焊点高度,且上下等大的焊盘具有较好的可靠性。

法兰端面防松片焊点疲劳寿命及分布优化研究

关于法兰端面防松片焊点疲劳寿命与焊点布置问题,如果根据焊接标准对工件焊点布置方案进行设计,可能会导致工件材料的性能得不到完全发挥,若在一些危险区域的焊点过少,则会导致焊接失败,焊点过多则会导致材料性能的破坏,焊接成本增加。因此,根据防松片焊点疲劳寿命与个数之间的关系,对防松片焊点布置方案进行了优化设计,提高法兰端面防松片焊点疲劳寿命性能。首先,对法兰端面防松片焊点布置方案进行了设计;其次,基于ANSYS建立了防松片焊接有限元模型,通过对焊接过程中热流密度分布的分析,采用高斯热源模型作为防松片焊接模型热源;通过对防松片焊点模型分析求解出了法兰端面防松片不同焊点布置方案的最大应变;最后,建立了焊点疲劳寿命预测模型,根据应变进行疲劳寿命预测并进行求解,求解出不同分布方案下焊点的疲劳寿命,并对数据进行高斯曲线拟合建立优化函数关系,通过拟合优化结果表明当防松片内圈焊点24个、外圈焊点30个同时作用在防松片上时,其焊点疲劳寿命能够得到较好的保持。

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。

保护气体及峰值功率对AZ31变形镁合金脉冲激光点焊 焊点成型的影响

为了提高镁合金脉冲激光焊点成型,本文利用AC-500 W型Nd:YAG脉冲激光点焊机对3 mm厚AZ31镁合金进行了点焊实验。研究了保护气体以及峰值功率对AZ31变形镁合金脉冲激光焊点尺寸及焊接缺陷的影响。实验结果表明:施加保护气体可有效改善焊点成型,但也会使得焊点几何尺寸略有降低,增大焊点内部气孔面积以及凝固裂纹尺寸;峰值功率对焊点熔深影响更为显著,随着峰值功率增大,焊点熔深与熔宽均呈上升趋势。

多场耦合下RF组件的焊点信号完整性

随着集成电路和5G技术的迅猛发展,射频(RF)组件作为关键设备被广泛使用。RF组件需要在复杂多变的工作环境下服役,而焊点作为RF组件封装中相对脆弱的部分,其稳定性和可靠性尤为重要。介绍了焊点在多场耦合下的性能表现。RF组件焊点需要有效传输高频信号,从电气性能和信号完整性两方面对其进行概述,对多场耦合下的焊点信号完整性进行了总结,探讨了在高频条件下对焊点的机械性能和信号完整性进行综合研究和优化的必要性。

热循环条件下BGA叠层焊点可靠性研究及参数优化

构建叠层焊点最优结构参数,提高BGA叠层焊点热循环条件下的可靠性具有重要的意义。建立有限元模型,分析叠层焊点在热循环条件下应力应变,运用田口正交法和曲面响应法,将焊点的高度、直径、间距、阵列作为实验设计的变量,关键焊点最大等效塑性应变作为优化目标。结果表明:焊点阵列对优化目标的影响权重最大,优化后的BGA叠层焊点结构参数如下,田口正交法:单层焊点高度为0.38 mm,焊点间距为0.55 mm,焊点直径为0.44 mm,焊点阵列为8×8;曲面响应法:单层焊点高度为0.387 mm,焊点间距为0.573 mm,焊点直径为0.446 mm,焊点阵列为8×8。对优化前后的寿命进行预测,优化后的叠层焊点寿命约是优化前的3.75倍。

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

BGA焊点缺陷的全光学激光超声检测技术

激光超声检测技术凭借其检测精度高、响应速度快、非接触、无损伤等优点,在无损检测与材料性能评估领域具有重要地位。光学麦克风作为一种新型的全光学激光超声探测器,具有全光学、带宽范围广、灵敏度高等优势,已得到学者广泛关注。文中采用光学麦克风探测器对球状引脚栅格阵列封装(Ball Grid Array, BGA)焊点与模拟缺陷开展了激光超声检测的初步理论、仿真及试验研究。首先对脉冲激光作用于材料表面激发出超声波的过程进行理论分析,并利用有限元方法建立了BGA焊点的热力耦合仿真模型,研究了模拟焊点内部超声波的传播规律与缺陷对超声波传播的影响。最后利用全光学激光超声检测系统对具有模拟缺陷的BGA封装电路板样件进行检测试验研究,并通过Lanczos去噪算法对结果进行处理。结果表明:利用波长为532 nm,单脉冲能量为2.66 mJ的脉冲激光能够实现直径5.5 mm焊点及缺陷的检测。

基于变可信度近似模型的BGA焊点可靠性预测与优化方法

焊点可靠性预测研究多采用有限元仿真与单一精度近似模型相结合的模式,存在仿真时间长、效率低、准确性差等问题,为此,提出了一种基于变可信度近似模型的球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点可靠性预测与优化方法.首先,对不同网格细化方案进行收敛性验证,分别设计高/低精度样本点进行有限元仿真;其次,基于CoKriging模型融合高/低精度仿真数据进行焊点可靠性预测;最后,将预测结果与单一精度近似模型进行对比分析,并采用遗传算法优化模型获得对应结构参数.结果表明,在更少的仿真成本下,变可信度模型的预测效果更好,在同等预测精度下,变可信度模型高精度样本点数量仅为单一精度模型的1/4,相比高精度神经网络预测模型,在寻优过程中收敛更快.

基于改进U-Net的白车身焊点定位研究

针对汽车白车身生产车间环境恶劣,光污染严重,视觉系统与其他装备相结合检测白车身焊点质量时难以准确定位、效率低下的问题,提出了一种改进U-Net的焊点分割算法。通过改进卷积结构更好地融合特征层语义信息,减轻网络结构;然后改进损失函数,融入注意力机制,在正负样本不均匀的情况下更好地挖掘前景,以获取不同尺度的空间特征并建立长期的通道关系。与原始的U-Net网络相比,所提RPSA-U-Net网络的Dice系数提高了8.76%,达到0.9836,MIOU提高了11.5%,达到0.9678,网络参数量减少7%。再结合图像处理方法找到焊点中心位置,效率和精度更高,具有应用价值。

温度梯度下Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点热迁移及界面反应行为

探究了焊点平均温度为110℃(时效)及180℃(回流)时,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在温度梯度作用下的原子热迁移行为及界面反应行为.结果表明,在时效过程中,因Bi相的网状结构,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点冷、热两端界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)呈现对称性生长.在温度梯度为1000℃/cm时,未发生明显的Bi原子迁移现象,但当温度梯度达到或超过1300℃/cm时,Bi原子会由热端向冷端界面迁移,并在冷端界面处偏聚.在回流过程中,温度梯度驱动Cu原子由微焊点热端向冷端界面迁移,导致两端界面IMC呈非对称性生长,而并未发现Bi原子的热迁移行为.因此,当Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中钎料呈液态时,温度梯度仅驱动了Cu原子的热迁移,并未致使Bi原子发生热迁移;当钎料呈固态时,在较低温度梯度下Cu和Bi原子均不发生明显的热迁移,但较高的温度梯度会引发Bi原子的热迁移.

基于往复弯曲的焊点可靠性测试装置设计

针对因机械外力造成微电子器件焊点连接缺陷导致整个焊点失效,进而影响电子产品正常工作的现象,文中设计了一款基于往复弯曲的焊点可靠性测试装置,用于元器件焊点机械性能的可靠性测试。首先,根据测试装置功能设计了装置机械结构,并采用Solid Works软件建立三维模型,验证了设计方案的可行性;其次,通过分析装置传动结构的运动学方程,从运动学上验证了传动机构设计结构的合理性;最后,采用ADAMS软件建立传动结构动力学模型进行仿真,从动力学上验证了传动机构的合理性,采用ANSYS软件建立夹持、施压机构模型对印制线路板进行静弯曲仿真,验证了弧形夹持机构和弧形施压机构的合理性。

基于改进YOLOv5s的汽车白车身焊点检测

针对传统的基于机器视觉的汽车焊点检测中焊点不规则及易受环境光线影响导致产生漏检错检的问题,该文提出一种改进YOLOv5s的算法YOLOv5s_CB_SI。该算法通过在主干网络Backbone引入CBAM卷积注意力机制以提高模型对图像重要区域信息的关注度和对目标缺陷的学习能力,并引入SIoU定位损失函数,加快模型的收敛速度,而且有效提升模型检测及定位的能力。将改进后的算法与YOLOv5s法在焊点数据集上作对比,实验结果表明,该文提出的算法与原始算法相比精确率和召回率分别提升了4.8%和2%,在有效地提升了在焊点检测过程中的准确率的同时减少了错检漏检率,证明了改进后模型的有效性。