环境应力影响下球栅阵列封装焊球仿真分析与力学性能研究

高密度、高性能集成电路主要封装技术采用球栅阵列封装(ball grid array,BGA),其高密度Sn-Pb焊球在极端高、低温及湿热环境的影响下可靠性无法保证。为解决温度变化产生的热膨胀问题,笔者通过有限元仿真计算BGA电路中焊球在高、低温交替循环应力下瞬态黏塑性应变范围,并采用改进的Coffin-Manson经验方程计算器件在温度循环试验下的热疲劳寿命;此外,进一步采用准静态剪切和拉脱试验分析分别经过温度循环及高压蒸煮环境试验后焊球的力学性能,同时采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱分析仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)对焊球切面进行分析。研究表明:焊球在温度循环试验下具有较长的疲劳寿命,在不考虑焊球导电与连接性能的前提下,适当环境应力的影响可促使焊球与焊盘界面区域金属间化合物的生成,有效增强了焊球的剪切力学性能。

长期贮存下电路镀层结构可靠性与失效分析研究

针栅阵列(PGA)封装用于高速大规模逻辑LSI电路,其引脚、焊盘等关键接触位置的结构至关重要,一般情况下在表面镀涂不活泼金属(如金),保护基材不受腐蚀。若该位置的镀层结构在环境因素的影响下产生腐蚀,可能对器件的可焊性产生影响,造成参数漂移、性能退化等问题,甚至发生短路或断路失效,从而降低集成电路的寿命与应用可靠性。因此,通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等对镀层表面形貌、焊盘腐蚀生成物及其成分进行分析,研究经长期贮存后电路镀层结构的腐蚀行为和机理。结果表明,镀层结构表面存在微小孔隙,在水汽、灰尘或其他杂质离子的长期作用下,下层活泼金属反应生成污染离子,其通过孔隙迁移到表面聚集形成腐蚀物,从而造成外观失效,影响电路的性能与应用。