铝绕组电阻钎焊工艺研究

在白热化的竞争态势下,各风电厂家成本压力与日俱增,在经得起时间的检验保证运行可靠性前提下,各个厂家想尽一切办法降本,定子铝绕组结构,被推上了历史舞台,相比目前的铜绕组成本上优势明显,尤其是实现铝绕组的钎焊,效率更高,导电质量更好,具有显著的市场竞争力,为未来一段时期国内主流风电生产厂的发展方向,着手开展铝绕组钎焊的研究。

Failure Modes of Lead Free Solder Bumps Formed by Induction Spontaneous Heating Reflow

The shear failure modes and respective failure mechanism of Sn3.5Ag and Sn3.0Ag0.5Cu lead-free solder bumping on Au/Ni/Cu metallization formed by induction spontaneous heating reflow process have been investigated through the shear test after aging at 120℃ for 0, 1, 4, 9 and 16 d. Different typical shear failure behaviors have been found in the loading curves （shear force vs displacement）. From the results of interracial morphology analysis of the fracture surfaces and cross-sections, two main typical failure modes have been identified. The probabilities of the failure modes occurrence are inconsistent when the joints were aged for different times. The evolution of the brittle NiaSn4 and Cu-Ni-Au-Sn layers and the grains coarsening of the solder bulk are the basic reasons for the change of shear failure modes.

某高导热绝缘胶在星载端机可靠性应用评价

针对星载端机对高导热绝缘底填胶可靠性应用需求,开展双组分高导热绝缘胶可靠性及环境适应性综合影响评估。通过导热绝缘胶性能测试标准样件,测试验证本征性能指标及工艺性指标,并分析评估其合格性;设计制作典型BGA菊花链网络结构样件,采用导热胶填充工艺技术,验证导热绝缘胶空洞率对BGA器件焊点的影响,评价其工艺适应性;设计制作星载端机载荷,开展星载产品验收级环境与可靠性试验,验证端机载荷具有经受工作应力和环境应力的能力。该高导热绝缘胶满足星载产品散热及抗高载荷的需求,实现可靠性应用。

新型Sn-Zn系焊铝锡膏的制备

研制了一种新型Sn-Zn系焊铝锡膏.根据焊铝锡膏成分组成特点,以Sn-Zn系无铅锡粉为基础,对助焊膏中活性剂、活性盐、表面活性剂和溶剂等添加剂进行筛选,通过正交试验对其组分进行优化并制备出焊铝锡膏.结果表明:活性剂部分,有机胺A质量的增加会降低钎料在240℃和260℃下的润湿性;活性盐部分,锌盐和亚锡盐有利于扩大钎料铺展面积,但添加铵盐会降低钎料的润湿性;表面活性剂部分,添加OP-10的实验效果要优于添加油酸酰胺的实验效果.基于以上研究结果自制出的焊铝锡膏可用于低温钎焊1060铝,焊接质量良好,界面处未见明显焊接缺陷,且焊铝锡膏具有良好的存储稳定性.研究结果可为铝合金钎焊用焊铝锡膏的应用和开发提供理论和技术支持.

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。

电热固耦合作用下车载功率模块引脚焊点振动疲劳寿命研究

本文对车载功率模块引脚焊点在器件功率损耗产生的热量和路面颠簸引起的随机振动共同影响下的可靠性进行了研究.建立多物理场有限元分析模型对引脚焊点进行电热固耦合疲劳寿命仿真,得到发热状态和常温状态下的焊点随机振动响应应力分布和振动疲劳损伤值.利用基于经验的Dirlik疲劳损伤模型和Miner线性损伤累积法则对两种状态的疲劳寿命进行了估算和对比分析.结果表明:在考虑电热固耦合作用下,局部约束刚度降低和焊点振动响应应力增大导致焊点振动疲劳寿命明显降低,但仍然满足规定的振动可靠性要求.结合满功率负载发热状态下的振动失效试验结果,验证了分析结果的准确性和装置设计的可靠性.

基于生死单元技术的IGBT芯片焊料层失效演化机理

封装疲劳失效是导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障频发的重要因素,严重影响电力电子变流器可靠运行。焊料层退化演化过程复杂,亟需通过准确的模拟方法以明晰其失效机理。为此,提出了一种考虑累积损伤的IGBT芯片焊料层空洞退化演化方法。该方法基于生死单元技术的思路,通过协同仿真技术模拟芯片焊料层疲劳退化的演化过程,进一步评估焊料层的失效程度并预测模块的寿命。搭建功率循环测试平台验证所提方法的有效性,试验测得模块失效循环次数为50400次,基于所提方法模拟的失效循环次数为50865次,与试验的误差为0.923%。结果表明,该方法能够较好地模拟IGBT芯片焊料层的空洞退化过程并能准确预测模块的寿命。

染色与渗透试验在BGA焊点质量分析中的应用

在高密度组装焊点的质量评价中,染色与渗透试验不仅简单高效、易于操作,且反馈信息最为全面。基于标准测试方法,阐述了染色与渗透试验的基本原理及操作方法,并基于失效模式典型案例分析的方式,系统研究了染色与渗透试验中球栅阵列封装(BGA)焊点常见质量缺陷的具体表现形式及其产生机理,以期为可靠性分析工程师在实际测试中提供技术参考。

润湿天平测试基本原理及相关标准判定解读

润湿天平测试可以定量评估电子元器件及PCB的可焊性,越来越多的客户要求实验室采用此方法测试样品的焊锡能力,但部分润湿天平相关测试标准的判定存在一定的不合理之处。首先,从理论角度结合杨氏方程介绍了理论润湿力计算依据,并详细地介绍了润湿曲线的物理含义;然后,整理了几种润湿天平测试标准的判定要求,指出了EIA/IPC/JEDEC J-STD-002E和IPC J-STD-003C-WAM1&2标准中关于理论润湿力计算过程里忽略不润湿部分对润湿力的影响的错误做法,以及GJB 360B—2009标准中采用参考润湿力评估样品可焊性时的不合理之处并给予了修正建议;最后,提出了其他相关文献的不合理之处。

粘片焊料二次流淌对铝硅丝键合衬底可靠性影响研究

以某款器件在一致性检验的内部目检中发现的失效现象为依托,开展试验研究。针对铝硅丝无法直接键合在芯片安装材料之上的问题,从粘片焊料在封帽过程中的重熔现象进行分析,对有问题的键合丝做300℃、24 h存储试验和125℃、168 h寿命试验,测试键合拉力和断点位置。试验后键合拉力满足国军标要求,断裂位置也不在金铝键合界面处出现,能够有效解释粘片焊料二次流淌对铝丝键合衬底可靠性的影响,避免问题再次发生。

封装基板埋容材料THB可靠性监控方法的研究

封装成品测试过程中,不定期会发生因基板的加偏压恒温恒湿测试(bias High Accelerate Stress Test,THB)失效,导致板厂经济赔偿、降低品牌信誉度的问题,THB失效一直是困扰业界的难题。本文基于消费品市场中传统的主要是驻极体麦克风产品MEMS(Micro Electro MeganeticSystem,微机电系统),探究了埋容材料,结合THB测试,确定埋容材料内部的空洞是影响失效的关键因子。埋容异物还是影响失效的关键因子,同步利用显微镜、开短路量测仪、热成像分析仪、X射线检测仪、研磨机、扫描电镜、能谱仪等工具研究了THB失效分析方法,将THB监控失效分析成功率从20%提升至80%,为基板裸板生产加工工艺提供了改善方向。

封装基板阻焊bHAST失效影响因素研究

封装成品测试过程中,不定期会发生因基板的加偏压高加速应力测试(bias High AccelerateStress Test,bHAST)失效导致板厂经济赔偿、降低品牌信誉度的问题,bHAST失效一直是困扰业界的难题。本文基于高阶改进型半加成工艺(Advanced Modified Semi AddictiveProcess,AMSAP)制程,研究了介层(core)为HL832NS的材料,结合bHAST测试,确定油墨类型是影响失效的关键因子,油墨厚度对bHAST失效率的贡献不明显,同步利用显微镜,开短路量测仪,热成像分析仪,X射线检测仪,研磨机,扫描电镜,能谱仪等工具研究了bHAST失效分析方法,将bHAST失效分析成功率从20%提升至80%,为基板裸板生产加工工艺提供了改善方向。

焊膏回流性能动态测试法及其应用

通过体视显微镜和CCD等视频设备录制、焊膏回流动态测试方法,观察焊膏回流的整个过程,有助于分析焊膏回流过程中出现的问题,弥补了目前焊膏–锡珠试验只能观察最终结果,而不能对中间过程进行评价的缺点。利用该方法研究了保温时间和焊膏活性对焊膏回流性能的影响,对焊膏的收球性能进行了评价。结果表明:焊膏回流的保温时间有一定限制,超过限制,产生缺陷的机会大大增加;对于活性较强的焊膏,可以通过增加焊膏的黏性,减少锡珠和立碑以及元件歪斜倾向;通过对不同焊膏的回流过程进行对比,提出了焊膏收球性能良好的参考标准。

咪唑化合物在金属铜上形成表面膜的可焊性研究

采用上锡率法研究了咪唑化合物在铜表面所成保护膜的可焊性 ,并探讨了咪唑化合物类型、膜厚、再流焊次数及高温热冲击对该膜可焊性的影响。结果表明 ,不同类型的咪唑化合物可焊性存在明显差异 ,可焊性有一最优的厚度。咪唑化合物保护膜的可焊性在经多次再流焊或高温热冲击后有所下降。但双苯基苯并咪唑化合物仍能保持良好的可焊性。

BGA焊点在板级跌落实验中的疲劳寿命估计

按照JEDEC标准对板级跌落实验的要求测试了有铅和无铅焊点的球栅阵列封装。用ANSYS软件建立了有限元分析模型,并用ANSYS/LS-DYNA直接求解器计算了典型结点的应力和应变,以及每次跌落时积累在焊点中的平均应变能密度。利用实验和模拟的结果重新计算了Darveaux模型中的常数,将这个模型的应用范围扩展到了跌落环境,并计算了各种条件下焊点的疲劳寿命。

激光喷射钎料球键合焊点热循环试验研究

为研究激光喷射钎料球键合焊点的可靠性,用Sn3.0Ag0.5Cu钎料球对Au/Cu焊盘进行了激光喷射钎料键合试验,采用微强度测试仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪研究了热循环条件对接头强度以及界面微观组织演变的影响.结果表明:采用激光喷射钎料键合技术焊盘表面Au层不能完全溶入钎料中,导致在界面处形成AuSn2+AuSn4多层金属间化合物结构;热循环处理可导致界面残余的Au层消失,并在原位附近形成以Au、Sn为主并固溶少Cu原子的反应层,引起整个反应层与Cu层的结合力下降.

80Au-20Sn钎料焊点可靠性研究现状与展望

共晶80Au-20Sn钎料在大功率电子及光电子器件封装中作为密封和芯片焊接材料特别具有吸引力,在这些应用中焊点的可靠性对于满足设备长期稳定运行至关重要。简要回顾了钎料焊点可靠性提出的背景,介绍了焊点可靠性的评价方法及当前不同工艺对80Au-20Sn钎料焊点的影响;指出今后其可靠性研究重点主要集中在复杂服役条件下焊接工艺优化、焊点可靠性测试方法、焊点寿命预测模型以及焊点本构模型等方面。

银-纳米SiO_2脉冲复合电镀工艺条件的优化与性能研究

采用正交试验,以镀层显微硬度为评价标准,得到银-纳米SiO2脉冲复合电镀的最佳工艺条件为:6mg/L的阳离子表面活性剂,100mg/L的非离子表面活性剂,15g/L的纳米SiO2,脉宽0.5ms,占空比40%,脉冲平均电流密度0.8-1.1A/dm2。正交试验结果表明,纳米SiO2含量对镀层的影响较大。该镀液分散能力(采用远近阴极法测定)为61%,覆盖能力近似为100%,镀层硬度为246.5HV,钎焊性较好。经研究发现,空气搅拌较机械搅拌更有利于纳米微粒在镀层中的分散。XRD测试得出,复合镀层在(111)面上的择优取向得到显著加强,进一步证实该镀层结晶致密,耐蚀性较纯银镀层好。

片式电阻混合焊点热循环负载可靠性研究

对在不同工艺参数下形成的、并且经过不同周数热循环负载的片式电阻混合焊点、有铅焊点和无铅焊点进行了外观检测和剪切测试。结果显示,在不同工艺参数下形成的混合焊点的剪切力,随热循环周数的变化趋势有所不同,但是在保证片式电阻焊端和焊料充分熔融的情况下,部分混合焊点的平均剪切力比有铅焊点高,热循环1 000周后,为9.1～11.1 N。