焊点高度对微尺度焊点力学行为的影响

采用精密动态力学分析仪研究了直径恒定为400μm、高度为125～325μm的无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu"铜引线/钎料/铜引线"三明治结构微尺度焊点在100℃和25℃温度下的准静态拉伸与剪切力学行为以及断裂失效机制.结果表明,所有微尺度焊点的拉伸和抗剪强度均随焊点高度的增大而减小;在相同的试验条件下,相同尺寸微尺度焊点的抗剪强度低于抗拉强度,同时剪切断裂应变小于拉伸断裂应变,表明电子封装互连微尺度焊点在剪切应力下的服役环境更为严峻.但是,在相同的加载速率下,相同尺寸微尺度焊点的拉伸强度与断裂应变均随温度的升高而减小.

焊点高度对焊点微观组织和抗拉强度的影响

研究了不同SOH对焊点微观组织和抗拉强度的影响。用拉伸试验的方法在SOH低于100μm的条件下分析Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu和Cu/Sn-9Zn/Cu焊点的力学特性。结果表明,随着SOH的减少,针状的富Zn相在这2个焊点中逐渐减少。在Cu/Sn-9Zn/Cu焊点中会形成金属间化合物Cu5Zn8,在Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点中形成一层金属间化合物Cu5Zn8和另一层Cu-Sn和Cu-Zn的混合相。Cu/Sn-9Zn/Cu焊点的极限抗拉强度会随SOH的减少而降低,而Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点则相反。

基于SAC305焊料的红外激光植球功率和时间对焊点形态的影响

为了探究工艺参数对激光植球焊点形态的影响,采用激光器波长为1064 nm的激光植球设备对直径0.6 mm的SAC305焊球在覆铜板上进行植球。基于单因素实验法,通过红外测温系统对激光植球熔池温度进行测量,使用3D轮廓测量仪对焊点圆度、铺展直径、焊点高度、小孔直径和小孔深度等参数进行测量。研究了激光功率和加热时间对焊点参数的影响。结果表明,熔池温度在保温区出现先升高后降低的趋势;随着加热时间的增加,冷却区熔池的冷却速率逐渐降低;激光功率的增加使得熔池温度的升温速率增加且冷却区起始温度升高。随着加热时间和激光功率的增加焊点铺展直径和小孔直径相应增大,焊点高度逐渐降低;随着加热时间的增加小孔深度呈现先增大后减小的趋势;随着激光功率增加小孔深度逐渐增大。该研究结果可为植球工艺参数的选择提供参考。

焊点形体与高度对热疲劳寿命的影响

探讨了焊点形体与高度对热疲劳寿命的影响,采用加速温度循环和粘附试验,评定焊点疲劳寿命。使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、扫描声学显微镜(无损评价)和光学显微镜,检查焊点完整性,并探测加速疲劳试验之前及期间的裂纹和其他缺陷。加速温度循环试验清楚地表明,焊点疲劳失效过程包括三个阶段:裂纹萌生、裂纹传播和彻底失效。试验结果表明,沙漏形体和大支座高度都可提高焊点疲劳寿命,支座高度为更有效因素。试验数据说明,焊点形体是影响裂纹萌生时间的主要因素,而支座高度是影响裂纹传播时间的关键因素。

倒装焊复合SnPb焊点应变应力分析

近年来,在微电子工业中,轻、薄、短、小是目前电子封装技术发展的趋势,因此,倒装焊技术应用越来越广,而焊点的可靠性在倒装焊技术中变得越来越重要。采用有限元软件,模拟、分析了焊点高度和下填料对焊点在热载荷作用下的应力应变值。

板级结构参数对CSP器件焊点可靠性的影响

研究了几何因素和基板材料对无铅焊点可靠性的影响，建立了CSP封装元件的有限元模型。进行了温度循环测试，分析了焊点的应力应变情况。结果表明：基板厚度，焊点高度与焊盘直径的变化对焊点寿命有着不同的影响趋势。同时比较了FR4，Al2O3，PI材料基板与无铅焊点互连的情况，最终得出PI基板是最有利于封装器件使用的基板材料。但是由于其加工成本较高等方面的原因一般只用于高可靠性要求的军事产品领域。

基于HFSS和Designer软件联合仿真的激光焊接连接特性分析

为研究激光焊接工艺对球栅阵列焊点焊接连接特性的影响,应用Ansoft平台的HFSS三维电磁场仿真软件和Designer平面激光仿真软件建立标准BGA焊点的激光焊接仿真模型,得出焊点尺寸的改变对激光性能的影响。结果表明:随着电流源电流值的增加,电极电流值基本呈现单调增加的变化趋势,电流放大的三极管电流源的电流值应控制在80μA以上。焊点高度的增大使得放大倍数明显减小,相比较焊点高度0.6、0.55 mm时,电流放大倍数在焊点高度0.50 mm的情况下明显偏大。联合仿真结果与实际测量结果误差在10%范围内。相比较HFSS单独仿真,联合仿真结果精度更准确。

QFN器件焊接质量及可靠性改善方法的研究

在QFN器件组装后的可靠性试验或者在其使用过程中,焊点内部蠕变和应力释放会使得晶粒逐渐地粗化而出现微裂纹,这是导致焊点可靠性风险的主要原因之一。从改善散热焊盘空洞率及控制焊点高度的角度出发,提出了一种采用绿油阻焊分割设计散热焊盘的新方法,以期在改善QFN器件焊接质量的基础上提升焊接可靠性。首先,采用ANSYS仿真对QFN进行了散热分析并评估了这种分割设计对焊点的可靠性的影响,结果表明,应力应变的最大值位于边角焊点的焊接界面,而且焊点的高度越高其可靠性就越好;其次,利用模型进一步计算发现,在焊点高度一致的情况下,采用新的分割设计方式对芯片的散热和焊点的可靠性没有影响;然后,通过SMT装联工艺后,对比PCB散热焊盘分割设计和传统设计对应的焊接质量发现,分割设计可以有效地降低散热焊盘的空洞率和控制焊点的高度;最后,基于QFN焊点的可靠性失效机理对其可靠性进行了讨论分析并对其寿命进行了预测。