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。

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。

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。

BGA焊点微裂纹缺陷检测研究

球栅阵列封装(BGA)元器件的焊点隐藏于IC芯片底部,经电装后仅边缘焊点可见,因此检验其焊接质量是行业普遍的难题。探讨了BGA焊点微裂纹缺陷的产生机理和裂纹分布,设计了基于计算机分层层析成像(CL)技术的BGA焊点微裂纹缺陷检测方法和检测流程。经实测证明,该测试方法可以兼顾检测质量和效率,具有工程应用的可行性,可为BGA焊点检验人员提供参考。

基于HFSS的高速互连BGA焊点信号完整性仿真分析

基于HFSS软件建立了球栅阵列(Ball Grid Array:BGA)焊点模型,获取了焊点表面电场强度分布和回波损耗,分析了信号频率对电场强度分布的影响以及信号频率、焊点最大径向尺寸、焊盘直径和焊点高度对焊点回波损耗的影响;对9种不同参数水平组合的BGA焊点回波损耗进行了极差分析。结果表明:焊点内电场强度随频率增加而减小;回波损耗随信号频率升高和焊点最大径向尺寸增大而增大、随焊盘直径增大和焊点高度增高而减少;对信号完整性影响由大到小依次为:焊点高度、焊盘直径、频率和焊点最大径向尺寸。

BGA焊点空洞对信号传输性能的影响

焊点空洞问题是影响BGA焊点质量和可靠性的重要因素之一。基于三维电磁场仿真软件HFSS对单个焊点空洞建模,分别研究了BGA焊点中不同位置、大小和数目的空洞对焊点传输性能的影响。研究结果表明,焊点内部空洞比表面处空洞对信号传输性能的影响更大;在焊点表面上的空洞,位于焊点中部的空洞比接近上下焊盘的空洞对信号传输性能的影响大;随着焊点中空洞体积增大或空洞数目的增加,焊点的回波损耗增大。

基于三维X射线和Fisher准则的BGA焊点检测算法

为了提高BGA焊点检测的准确性,基于三维X射线和Fisher准则的基本原理,提出了一种BGA焊点的检测算法.首先采用Fisher准则对BGA断层图像进行分割,从而获得精确的焊点图像,然后提取了BGA焊点常见缺陷的面积特征、连续度特征、位置特征、圆度特征和空洞特征等,在此基础上,设计了一种基于Fisher准则的BGA焊点检测算法.结果表明,算法能有效地检测出短路、偏移、少锡、空洞和开路等BGA焊点缺陷,有较低的误报率和漏报率,能满足实际生产要求.

BGA焊点形态和布局对信号完整性的影响

为了研究BGA焊点形态和布局对反射和串扰的影响,基于三维全波电磁仿真软件HFSS,建立了BGA焊点的三维模型,研究BGA焊点的形态(高度、最大外径和焊点端口直径)以及布局对反射和串扰的影响。结果表明,随信号频率、焊点高度、焊点最大外径和焊点端口直径的增大,回波损耗增大;焊点的形态对相邻焊点串扰影响不明显;焊点串扰噪声受相邻焊点影响最大,对角线焊点次之。

面向完整传输路径的BGA焊点信号完整性分析及优化

建立了基于BGA(ball grid array)焊点的完整传输路径的HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对完整传输路径在高频条件下的信号完整性问题进行了分析,得到了其回波损耗仿真结果,以及焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸对回波损耗的影响.并以焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸为设计参数,以完整传输路径6 GHz下的回波损耗作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对仿真计算所得的17组完整传输路径回波损耗与BGA焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化,得到完整传输路径回波损耗最小的BGA焊点组合参数为焊点最大径向尺寸1.05 mm,焊点高度0.75 mm,焊盘直径0.65 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了完整传输路径中BGA焊点的结构优化.

工艺条件对 BGA 焊点电性能的影响

研究不同的焊接温度及焊接时间对ＢＧＡ焊点电性能和疲劳特性的影响．测试了不同焊接条件和热处理下焊点的电阻及其与温度的关系，并比较了不同样品在热冲击前后的电性能．实验发现在２３０℃下保温３００ｓ，焊接的焊点具有良好的电性能和疲劳特性，且在ｌ００℃下热处理ｌ５ｍｉｎ后样品的电性能和疲劳特性都有较大提高．

BGA器件无铅焊点剪切性能模拟

针对BGA无铅焊点的抗剪切性能问题，基于Anand粘塑性本构方程，利用数值模拟方法研究了试验参数对焊点剪切强度的影响。研究结果表明在不同的剪切速率下，焊点的力学行为是类似的，但是力学响应表现出时间相关性：经过弹性变形阶段、屈服阶段、塑性变形阶段，出现了加工硬化现象，最终在靠近焊球／焊盘界面处断裂失效。在150～350μm／s的剪切速率范围内，随着剪切速率的增加，焊点的剪切力增大了12．6％；当剪切高度在50～200μm范围内变化时，剪切力随着剪切高度的增大降低了2．9％。在高密度细间距焊点的情况下，焊合面积彳较小，此时剪切高度对剪切力大小的影响减弱。研究结果证实了在焊点的剪切试验中存在着“尺寸效应”，焊点的剪切强度与焊球直径成反比例关系。此方法可为焊点剪切试验的参数优化、焊点强度的快速评估等提供参考。

基于FPGA的BGA焊点健康管理原理与实现

针对BGA封装的FPGA焊点故障频发、现有的检测手段非常有限的问题,提出了一种基于FPGA的BGA焊点失效监测模型及实现方法;从制造生产因素和环境应力两方面对FPGA的BGA焊点失效因素进行了分析;建立失效检测模型,首先根据欧姆定律确定了检测原理,接着基于IPC7095B确定了焊点易失效区域,最终依据电容充放电时间与端电压的关系确定了检测方法;通过逻辑编码和基于Xilinx公司V5系列FPGA的实现,表明该方法可用于对FPGA的BGA焊点健康信息的管理,并根据不同的检测标准对检测情况进行了比较。

大尺寸BGA封装器件振动加固技术研究

通过理论分析,总结了BGA器件的振动疲劳故障机理及其寿命计算方法;通过典型BGA器件振动故障的金相分析,总结了振动故障的焊点分布和裂纹形式特点;通过归纳经验,总结了大尺寸BGA焊点耐振动环境的加固技术。

BGA焊点气孔对可靠性的影响及其改善措施

结合实际工作中的经验和体会,探讨球栅阵列元器件焊点的气孔现象及其产生机理,重点讨论气孔与焊点可靠性的关系,认为非焊点与基板界面处(IMC)及焊点和BGA的Substrate结合处的气孔对焊点可靠性的影响不是很显著。最后,通过对人、机、料、法、环5个环节进行分析,找到避免产生气孔的一些途径。

基于微焦点X射线BGA焊点缺陷检测

BGA封装是是一种高集成的封装方式,其焊点缺陷会影响封装器件性能。为克服全局阈值分割、边缘检测方法对BGA焊点缺陷检测错误率较高的问题,本文提出采用Otsu阈值分割、轮廓提取、边界跟踪方法提取焊点轮廓,并用灰度形态学顶帽操作、直方图拉伸、Blob分析提取焊点气泡轮廓。通过分析BGA焊点缺陷类型及特征,提出基于焊点轮廓、气泡轮廓特征参数的焊点检测与分类算法。试验研究表明该算法较全局阈值、Canny算子焊点缺陷检测的准确率高,能够准确的完成焊点缺陷分类。

BGA焊点可靠性研究综述

随着集成电路封装技术的发展,BGA封装得到了广泛应用,而其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。该文介绍了BGA焊点可靠性分析的主要方法,同时对影响焊点可靠性的各因素进行综合分析。并对BGA焊点可靠性发展的前景进行了初步展望。

基于2D投影的BGA焊点X射线检测缺陷图像处理方法

讨论了BGA封装器件焊接的特点,并对BGA封装器件焊点检测方法进行了阐述。采用X射线检测法,通过图像处理技术检测每个焊点的面积、质心和圆度,以此来判断焊点是否有漏焊、焊锡球、桥连、焊球过大或过小、偏移以及焊球变形等缺陷。试验证明,所用系统可以快速、准确地检测出BGA封装器件中常见的焊点缺陷,为BGA封装器件焊点的质量提供保障。

基于响应曲面法的BGA焊点结构参数优化设计

球栅阵列(ball grid array package,BGA)封装因其成本低、电气性能好而被广泛应用于集成电路产业中.文中建立了BGA三维模型,将等效应力作为响应目标,选取焊点直径、焊点高度、焊点间距、芯片厚度作为设计因子,采用响应曲面法设计了25组不同水平组合的焊点结构参数进行仿真计算,并基于遗传算法分析对焊点结构热振可靠性进行了优化.结果表明,焊点间距对BGA结构热振可靠性有重要影响;优化方案组合为焊点直径0.28 mm,焊点高度0.20 mm,焊点间距0.40 mm.经过优化验证分析,该优化方案较原始设计方案等效应力降低了11.92%,实现了BGA器件焊点参数优化目的.

基于染料渗透试验的BGA焊点失效分析

对基于染料渗透试验的球栅阵列(BGA)焊点检测方法进行了阐述,通过试验,利用焊点失效模型和焊点开裂面积占比图分析了BGA焊点失效原因并提出改进意见,试验表明,染料渗透试验能全面地反映出BGA焊点的实际质量情况,是一种有效的焊点质量分析技术,能为产品后续的研发或质量改进提供参考。

BGA混合焊点热循环负载下的可靠性研究

焊料从有铅向无铅转换中,不可避免会遇到二者混合使用的情况,有必要对生成的混合焊点进行可靠性研究。通过对不同工艺参数下形成的混合焊点和无铅焊点进行了外观检测、X射线检测和温度循环测试。结果显示,只要工艺参数控制得当,混合焊点是可行的。在焊球合金、焊料合金、峰值温度、液相线以上时间和焊接环境五个关键因素中,前四项对焊点可靠性比较重要,焊接环境对焊点可靠性的影响不很显著。