PBGA封装SAC405互连焊点热疲劳寿命预测

基于正应变对焊点疲劳寿命的影响,采用改进的Darveaux模型,通过有限元数值模拟法对PBGA封装SAC405互连焊点的热疲劳寿命进行预测。结果表明:焊点的损伤尺度沿着封装中心线增加,在芯片边界以下达到最大值,然后向着封装边界方向逐渐减小,最终在封装边界附近恢复到较大值;裂纹易在封装侧焊点和焊盘之间界面上形成,并沿着焊点圆周方向较宽的角度范围扩展,裂纹生长过程与试验结果相一致;工况2条件下的关键焊点疲劳寿命为5 525个周期,随着热循环高低温保温时间的延长,关键焊点的疲劳寿命减小。

PBGA封装回流焊翘曲变形仿真与验证

回流焊温变过程中,由于不同材料热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)的不匹配,塑料焊球阵列(plastic ball grid array, PBGA)封装会发生翘曲变形现象。本文采用有限元法对PBGA封装的翘曲变形及应力应变进行仿真分析,并用阴影云纹法对翘曲变形的模拟分析结果进行测试验证。结果表明:PBGA封装翘曲值的模拟值与实测值非常接近,分别为35.9μm和36μm;模拟回流焊过程中,翘曲值的模拟值与实测值的变化趋势具有一致性。回流焊过程中, PBGA封装的热应力应变最大值都在基板靠近粘接层的位置,该位置是PBGA封装出现热可靠性问题的最大风险点。PBGA封装边角处的翘曲量最大,因而边角处的焊点也最容易出现开路、虚焊等装联缺陷。

倒装芯片PBGA封装中芯片边缘裂纹的评定探讨

在倒装芯片塑料球栅阵列封装(FCPBGA)中,增大芯片尺寸,大热膨胀系数的不匹配,已形成可靠性试验阶段芯片断裂这一主要的失效模式。以前观察到的多数芯片断裂,是芯片背部垂直方向的裂纹,是由于过度的封装扭曲和背部缺陷形成的。对于通过分离工艺和下填充材料诱发的芯片边缘缺陷,发现增加的芯片裂纹数量起源于芯片边缘,并沿着芯片横向传播。为了提高封装可靠性和性能,应消除芯片边缘裂纹现象。通过大量的有限元分析,弄清芯片边缘裂纹,并找出其解决方案。采用断裂力学方法,评定各类封装参数对芯片边缘初始断裂的影响。找出应变能释放率,对评定分离诱发裂纹的芯片边缘初始断裂来说,是一种有效的技术。探讨初始裂纹大小和各类封装参数的影响,与芯片底部裂纹现象不同,引起芯片边缘横向断裂的主要参数与局部效应关系更密切。

田口试验法在PBGA焊点可靠性中的应用

在田口试验法的基础上,采用非线性有限元建模的方法对温度循环载荷作用下的PBGA(plastic ball grid array)焊点进行可靠性研究。PCB(printed circuit board)的大小和厚度、基板的大小和厚度、焊点的直径和高度、芯片以及塑封(EMC)的厚度等8个控制因子被选择用来填充L18田口正交表。通过田口试验法优化之后得到最佳的控制因子组合为A1,B3,C1,D2,E2,F3,G3,H3,其中最重要的4个因子为焊点直径A,PCB大小B,芯片厚度F,焊点高度G。结果表明,优化后的试验值和预测值分别比原始状态的试验值和预测值提高了2.87964和0.88286。

热循环条件下温度效应对PBGA焊点可靠性的影响

基于有限单元法研究PBGA封装无铅SAC405焊点在-55～125℃热循环中的可靠性,探讨了温度效应对其应力应变分布的影响,分析了焊点裂纹的成长情况。结果表明：温度效应对PBGA封装的应力、应变分布具有一定影响;焊点的等效应力最大值位于焊点的上表面,关键焊点是对应于芯片距离对称中心最远处的焊点;裂纹形成在基板侧,沿着焊盘由焊点的外侧向内侧扩展。试验结果与模拟结果一致,验证了模拟结果的正确性。

随机振动下不同结构参数的PCBA可靠性研究

为减小振动因素对产品失效的影响,改进PCBA组件的结构参数,提高PBGA(塑料球栅阵列)振动可靠性。采用有限元法,运用模态分析,得出结论:固支数目越多,焊点的振动可靠性越好。此外,利用随机振动模块,分析了板级振动条件下,焊点位置、焊点材料、PCB厚度、BGA焊点高度对可靠性的影响,并且利用焊点的疲劳寿命模型计算出关键焊点的疲劳寿命。结果表明:焊点最容易失效的位置位于焊点的顶角处;相比于Pb90Sn10、Sn63Pb37、Mix、SAC387这四种材料,SAC305的疲劳寿命最高;PCB的厚度和焊点的疲劳寿命成正比;焊点高度和焊点的疲劳寿命成反比。

随机振动条件下形态结构参数对PBGA无铅焊点应力应变影响分析

选取焊点高度、焊盘直径、引脚间距、焊点矩阵四个形态结构参数作为关键因素,采用水平正交表L18(37)设计18种不同形态结构参数组合的塑料封装球栅阵列(plasticballgridarray,PBGA)器件无铅焊点,建立18种PBGA无铅焊点的三维有限元分析模型,并进行随机振动条件下的应力应变有限元分析,得到18种不同形态结构参数的PBGA无铅焊点的应力应变数据,针对应力应变数据进行极差分析与方差分析。结果表明,随机振动条件下四个因素对PBGA无铅焊点应力应变的影响由大到小依次是焊点矩阵、引脚间距、焊点高度和焊盘直径,应力应变最小的焊点最佳形态结构参数水平组合为焊点高度0.32mm、焊盘直径0.30mm、引脚间距0.65mm和焊点矩阵6×6;在置信度为95%的情况下,引脚间距和焊点矩阵对PBGA无铅焊点随机振动应变具有显著影响,焊盘高度和焊盘直径对应变影响不显著。

PBGA器件焊点的可靠性分析研究

根据PBGA器件组装特点,分析了器件焊点的失效机理,并针对实际应用中失效的PBGA器件在温度循环前后,分别使用染色试验、切片分析、X-射线分析等方法进行失效分析。分析结果显示样品PBGA焊点存在不同程度的焊接问题,并且焊接质量的好坏直接影响器件焊点抵抗外界应变应力的能力。最后,开展了PBGA器件焊接工艺研究和可靠性试验,试验结果显示焊接工艺改进后焊点的可靠性良好。

表面特性对PBGA软金丝键合点可焊性的影响

一级封装中最流行的互连技术仍为丝焊。引线键合的效率主要依赖于受表面特性影响的键合点的可焊性。在最近的研究中,我们调查了表面特性对金-金超声压焊系统的影响。表面特性包括金层厚度,表面硬度和粗糙度、有机物杂质及金属杂质。对两个样本间的不同特性进行比较。确定金表面特性的粗糙度依赖于镍层的外形结构。焊料掩膜逸出气体对可焊性具有负面影响,等离子清洗能够有效地去除有机物杂质。金层中的杂质将导致不良的可焊性。