陶瓷封装球栅阵列焊点失效机理研究

研究了陶瓷封装球栅阵列(CBGA)的焊点在长期使用后开裂的失效机理,提出了改善此类元器件焊点可靠性的有效措施。通过X-ray分析、显微剖切、扫描电镜和能谱分析(SEM&EDS)等手段,研究分析了CBGA封装器件焊点失效的机理与成因;基于失效机理,提出了针对性的改善措施,并验证了相关措施的有效性。研究结果表明,由于CBGA器件本体与印制板之间存在较大的热膨胀系数差异,导致焊点在长期使用后出现了热疲劳开裂失效,通过更换焊球类型以增加焊点高度可以显著地改善焊点的可靠性。

陶瓷球栅阵列封装元器件工艺装联适应性验证方法

针对陶瓷球栅阵列封装(CBGA)元器件,设计了一套完整的工艺装联适应性的验证流程与方法,并将该方法在一款CBGA器件中进行了应用。通过开展CBGA元器件工艺装联适应性验证,有效地识别了该款电子元器件在温度循环应力下存在的焊点开裂风险。该焊点开裂主要是由于元器件本体与印刷电路板(PCB)之间的热膨胀系数存在差异,在温度交替变化的环境中,焊点受到热机械疲劳应力作用从而发生开裂。该问题可以通过对CBGA器件进行点胶加固或采用柱栅阵列封装(CCGA)进行有效改善。

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。

芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球疲劳寿命预测

应用弹粘塑性有限元法对芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球,在热循环条件下(-40～125℃)进行了数值模拟,并在此基础上进行了可靠性分析。由于封装体内不同材料间热膨胀的不匹配会在焊球连接上产生很大的塑性形变。在热循环加载条件下,最终会萌生裂纹,致使整个芯片失效。本文基于ANSYS有限元分析软件,以塑性应变能作为研究对象,讨论了焊球的可靠性分析方法,最后利用子模型法探讨了网格的疏密对焊球寿命的影响。

一种球栅阵列封装(BGA)的力学过载评估方法

表面贴装技术SMT(Surface Mounting Technology)目前广泛应用在电子产品的组装过程中,其实现方式是利用自动贴片机或者手工的方式,将各种封装类型的电子芯片、电子组件通过回流焊或者其他焊接形式安装在印制电路板PCB(Printed Circuit Board)上的一种组装形式随着集成电路的集成密度大幅提升、功能复杂度显著提高,目前表面贴装技术正在逐步向微型化、高集成、三维立体集成,多层堆叠集成的方向发展。

一种基于倒装芯片的超宽带BGA封装差分传输结构

随着高速数字电路和射频微波电路对时钟频率和带宽的要求越来越高,差分传输结构因其优良的噪声抑制和抗干扰性能而受到越来越多的重视。提出了一种基于倒装芯片的超宽带球栅阵列(BGA)封装差分传输结构。整体传输结构包括采用陶瓷材料制作的倒装芯片用基板、BGA封装焊球和印制电路板(PCB)。主要分析了差分垂直传输结构的尺寸参数对阻抗和截止频率的影响,并利用阶梯过孔减小阻抗不连续性。整体结构的传输性能通过矢量网络分析仪测试的散射参数来表征。测试与仿真结果具有较好的一致性,在DC~60 GHz频段,差分传输结构的回波损耗≤-15 dB,插入损耗优于-1 dB,为超宽带倒装芯片的封装设计提供参考。

微电子封装微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变分析

建立了微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变有限元分析模型,在三点弯曲加载条件下,分析了焊点直径、焊点高度、焊盘直径和弯曲加载速率对焊点弯曲应力应变的影响。结果表明:焊点内最大弯曲应力应变随焊点直径、焊点高度和弯曲加载速率的增大而增大、随焊盘直径的增大而减小;在置信度为90%时,焊点直径对焊点内最大弯曲应力具有显著影响,焊点高度和焊盘直径对最大弯曲应力影响不显著,焊点直径对最大弯曲应力产生影响最大、焊盘直径对最大弯曲应力产生影响次之,而焊点高度对最大弯曲应力产生影响最小。

球栅阵列倒装焊封装中的热应变值的测试

利用高温云纹实验方法测试球栅阵列 (BGA)封装焊点的热应变 ,采用硅橡胶试件光栅复制技术 ,使测试环境温度提高到 2 0 0℃ .通过实时热应变测量 ,得到各焊点的热应变关系以及封装材料、电路板各部分的热应变分布状况 。

球栅阵列封装焊点寿命预测的综合方法

为了实现球栅阵列(BGA)封装焊点寿命的快速工程估算,建立了焊点的简化应力分布解析模型,利用蠕变寿命预测模型求解得到其热疲劳寿命.在需要精确预计焊点寿命时,建立了BGA封装焊点的三维有限元模型,利用ANSYS中的Anand方程得到焊点应力分布,利用Darveaux寿命预测模型预测焊点热疲劳寿命.采用ANSYS的二次开发功能将解析和有限元方法综合在主程序中.不论是快速估算还是精确预计,用户只需输入封装及焊点的尺寸、材料参数以及温度循环参数即可得到焊点寿命.结果表明,解析模型对参数变化更敏感,有限元的结果则较平稳.

倒装陶瓷球栅阵列电子封装的热模型研究

针对倒装陶瓷球栅阵列（flip chip ceramic ball gridarray，FC-CBGA）封装，采用有限元数值方法，建立三维有限元的详细热模型。在5w热负荷下，分析裸芯式、平板式和盖板式三种形式，不同芯片尺寸（5min×5mm、15mm×15mm和20mm×20mm）以及不同润滑剂材料对系统热阻的影响。结果表明：采用盖板式能使芯片结点温度降低约10℃；芯片增大能使热阻降低88％～93％，改变导热润滑剂的材料热阻降低67％～80％。该模型结果与FLOPACK结果对比，误差在8％以内。

倒装陶瓷球栅阵列电子封装的热分析

建立了倒装陶瓷球栅阵列(flip chip ceramic ball grid array,FC-CBGA)封装的三维热模型。在5 W热负荷下,比较了裸芯片式、盖板式和盖板加装热沉三种情况下芯片的热性能,进而分析了有无热沉和不同空气流速下,盖板式封装的具体热流分配情况。结果表明:在自然对流下,与裸芯片式相比,采用盖板式能使芯片结点温度降低约16℃,盖板加装热沉能使芯片结温降低47℃。芯片产生的热量大部分向上流向盖板,且随着空气流速的增加比例增大;由芯片流向盖板的热量有相当大一部分经过侧面流向基板,且随着流速增大比例较小。

一种改进的球栅阵列封装焊点射线图像阈值分割算法

球栅阵列封装焊点的射线图像具有信噪比差、背景不均匀等特点,故传统的阈值分割方法无法将目标焊点与背景图像很好的分割.本文通过对球栅阵列封装焊点射线图像直方图的分析,利用了自适应维纳滤波对阈值分割前的图像进行了预处理.根据图像的差异来调整该滤波器的参量,对局部差异大的地方进行小的平滑操作,对局部差异小的地方进行大的平滑操作.在最大类间方差法的基础上,对分割后的图像进行了进一步的分析并提出了改进的二次分割方法.改进的方法为并不直接通过OTSU法进行二值化处理来去除背景,而是在阈值分割得到的两个灰度级内通过计算中值和统计最大灰度像素的方法得到了更优化的阈值,使得去除背景后的焊点图像整体更加清晰和均匀.在背景灰度级内寻找了一个合适的灰度级作为处理后的灰度图像新背景,实验证明该方法明显改进了传统最大类间方差法对球栅阵列封装焊点射线图像的阈值分割效果.

球栅阵列(BGA)封装器件与检测技术

介绍了ＢＧＡ 封装器件的特点，重点讨论了ＢＧＡ 封装的检测技术，并建议在ＢＧＡ 组装过程中采用断层剖面或“倾斜式”Ｘ 光检测仪。

塑料球栅阵列封装的热应力模拟

电子封装使用多种性能各异的材料,这些材料的热膨胀系数各不相同。把其组合成一个整体后,当温度变化时,在不同的材料界面会产生压缩或拉伸应力。建立了完全焊点阵列形式的模型,采用局部温度加载方式,对塑料球栅阵列封装的热应力进行了数值模拟。

陶瓷球栅阵列封装的三维有限元分析

为有效准确地模拟和预测陶瓷球栅阵列(Ceramic Ball Grid Array,CBGA)在复杂热载荷下的失效问题,建立一种整体与局部相结合的CBGA三维有限元分析方法.该方法主要由4部分组成:预测复合焊点三维结构;计算其等效焊点几何参数以及材料属性;用等效焊点替换真实复合焊点并预测最危险焊点位置;用真实焊点模型替换最危险位置的等效焊点,再进行总体分析得到真实焊点中最危险点的位置.采用MSC Patran对XILINX公司生产的FF1152进行有限元建模,并通过Marc分析其复合焊点在0～100℃热循环下的应力应变以及塑性能量密度.分析结果可确定最危险焊点以及该焊点中最容易失效的位置,与许多已有的实验结果相一致.

球栅阵列──更适合多端子LSI的表面安装式封装(续)

球栅阵列──更适合多端子ＬＳＩ的表面安装式封装（续）田民波，冯晓东（清华大学材料科学与工程系，北京，１０００８４）。１．２ＢＧＡ采用二维布置的球形焊接端子如图２所示，在一种小尺寸两面布线塑料基板上带有球形焊盘的表面安装型ＬＳＩ封装引起了人们的很大兴趣...

超细间距方形扁平封装与球栅阵列封装的比较及其发展趋势

本文主要论述了超细间距QFP封装与BGA封装的比较 ,以及BGA封装的检查、返修、清洗及其各种类型 ,并简述了它们的利用率和发展趋势。

球栅阵列封装器件焊点失效分析

通过对一个BGA焊点失效实例的分析,介绍了如何对BGA焊接失效样品进行分析的过程与方法;并指出了引起该BGA焊点失效的主要原因,论述了失效分析对BGA封装质量的控制作用。

球栅阵列——更适合多端子LSI的表面安装式封装

塑封球栅阵列（ＢＧＡ）是一种新型表面安装多端子型ＬＳＩ封装。与塑封四方扁平封装（ＱＦＰ）相比，前者外形更小，设备与操作较为简单，可靠性也有所提高。ＢＧＡ替代ＱＦＰ的尝试从美国开始。

球栅阵列封装

本文叙述了球栅阵列(BGA)封装的概况,与QFP相比的优点以及BGA的多种变种。