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。

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。

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.

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.

陶瓷柱栅阵列封装器件回流焊工艺仿真

陶瓷柱栅阵列(Ceramic Column Grid Array,CCGA)封装器件因具有高密度输入/输出、高可靠性、优良的电气和热性能等优点,被广泛应用于航空航天领域。通过微线圈型CCGA封装器件的回流焊工艺仿真,分析了降温速率和印制电路板(Printed Circuit Board, PCB)焊盘直径对焊接残余应力的影响,并通过参数优化选取较优的工艺参数组合。结果表明,降温速率在1~2.5℃/s内变化时,最大残余应力变化不明显,降温速率大于2.5℃/s时,降温速率越大,残余应力越大;PCB焊盘直径对焊接残余应力的影响未呈现出规律性的趋势,当PCB焊盘直径为0.76 mm时,残余应力最小,为10.7490 MPa;通过参数优化可知,当PCB焊盘直径为0.76 mm、降温速率为2.0℃/s时,残余应力最小,为6.9600 MPa。

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。

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。

陶瓷柱栅阵列封装芯片落焊控温工艺研究

宇航型号单机生产过程中,部分陶瓷柱栅阵列(CCGA)芯片因软件固化、调试等原因需使用返修台进行落焊,落焊温度曲线直接影响CCGA器件及周围器件的装配可靠性。本文使用红外热风混合型返修台对CCGA器件落焊控温工艺进行研究。研究发现,返修台控温点距离器件边缘1~2 mm时温度反馈控制效果最佳;本文提出了增加导热挡板控制高温区范围(>183℃)的新方案,可将本文使用的印制板高温区控制在落焊位置周围8 mm范围内;CCGA焊接样件分析显示焊锡柱侧微观组织呈块状,金属间化合物(IMC)层组织均匀,未出现Cu3Sn脆化物,可靠性试验后染色浸润测试发现焊点完好,未出现裂纹。结果证明本文提出的温度控制工艺合理有效,可应用于宇航产品落焊过程。

陶瓷柱栅阵列封装电路器件级热学环境可靠性评估

陶瓷柱栅阵列(Ceramic Column Grid Array,CCGA)封装器件在宇航型号中已大量使用,在地面高温贮存及空间极冷极热等热应力载荷作用下,极易出现焊点开裂等失效问题,进而引发器件故障。针对外引出端为增强型焊柱的CCGA封装电路,开展器件级高温存储、温度循环及多次返工可靠性考核,评估外引出端为增强型焊柱的CCGA封装电路的热学可靠性。结果表明,器件在2000 h高温存储考核后焊点未发生失效,但经历2000次温度循环考核后焊点内部开裂,返工3次后焊点形貌及界面互连未发生明显变化。

陶瓷柱栅阵列封装器件高可靠性植柱工艺技巧

随着航天电子产品向小型化、集成化方向发展,陶瓷柱栅阵列封装器件在星载产品中的应用越来越广泛。但陶瓷柱栅阵列封装器件装联工艺却存在着焊接工艺难度大,过程难以控制等问题,各个环节控制稍有误差,极易出现单个焊点虚焊、裂纹、气孔过多等问题,导致器件无法正常使用,甚至单板报废。仅仅因为陶瓷柱栅阵列封装器件焊接问题致使整板报废,不仅严重延误了产品的研制进度,也造成了巨大的经济损失。以相关单位使用情况分析来看,陶瓷柱栅阵列封装的芯片在通信有效载荷、数据处理、控制系统中大量使用,年使用量约为200~300片。近5年来每年因返修导致报废器件10片左右,造成经济损失多达数百万元。通过对陶瓷柱栅阵列封装植柱专用工装、裁体焊接设备的设计,成功实现了器件植柱,并对样件进行了相关检测和试验验证。对降低产品成本具有积极促进作用。

Intertronics推出球栅阵列封装丝网返工工具包

Intertronics推出了面向单独球栅阵列封装（BGA）构件返工丝网印刷焊膏的新方法一它是完整的球栅阵列封装丝网返工工具包中精确的一次性Flextac丝网。Flextac丝网具有可临时粘贴PCB的粘面，可防止未对准和焊膏拖尾效应。因为Flextac丝网价格便宜，并为一次性产品，它们有助于用户分开使用含铅和无铅焊料，

对细间距球栅阵列封装(FPBGA)焊料裂纹抵抗力问题的探讨

全球BGA封装市场正在增大,这是由于其易于安装到PCB板上。然而,与QFP封装相比较,BGA封装具有一些缺点,如细间距BGA封装的抗焊料裂纹能力较低是其主要缺点。为提高BGA封装的可靠性,应研究各种模塑料、粘片胶和基板材料的最佳组合。

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。

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。

基于自组装成品率的球栅阵列焊点工艺参数分析

为了提高球栅阵列焊点封装器件的自组装成品率,研究了焊点体积偏差率及焊盘直径对器件自组装成品率的影响。考虑封装器件的温度翘曲变形、焊点体积的不可避免的制造误差及焊点位置的随机性,分析了器件自组装过程。通过求解不同体积焊点的形态,得到了不同体积焊点的液桥刚度曲线。基于不同体积焊点的液桥刚度曲线,仿真分析了焊点体积偏差率及焊盘直径对器件自组装成品率的影响。结果表明,焊点体积偏差率及焊盘直径的减小会增大焊点液桥刚度曲线的公共范围,从而提高器件的自组装成品率。

热、振及热振耦合条件下塑封球栅阵列含铅焊点失效分析

对塑封球栅阵列封装器件进行了热循环、随机振动以及热振耦合试验,在3种试验条件下测试Sn37Pb焊点的寿命,并对3种载荷条件下失效焊点位置的分布规律以及焊点的失效模式进行对比分析.结果表明,塑封球栅阵列封装焊点在热振耦合试验中的寿命明显小于热循环以及随机振动试验的寿命结果.热循环、随机振动条件下越靠近测试板中心位置,器件的焊点越容易发生破坏,而热振耦合试验中不同位置上器件的失效焊点数比较接近.此外,热循环条件下破坏模式主要表现为钎料内部的韧性断裂,随机振动条件下主要为界面金属间化合物层内的脆性断裂,而热振耦合条件下这两种破坏模式均有发生.

一种带热沉结构的100Gbps高速差分BGA一体化封装外壳

为满足高速芯片对高密度封装、高速传输性能、高散热以及高可靠性的综合要求,基于低温共烧陶瓷(LTCC),研究了一款带热沉结构的高速差分球栅阵列(BGA)一体化封装外壳。该BGA外壳集成了20路高速信号传输通路,具有高密度和高集成的特点。分析了高速传输路径中水平转垂直结构时节距改变引入的失配问题,采用了分叉结构处过渡优化布线方案。通过对键合丝进行阻抗匹配设计,降低了键合指端头尺寸较小时键合丝引入的电感-电容效应,实现单个通路射频(RF)性能在DC~67 GHz满足回波损耗≤-12 dB,可支持单通道100 Gbps PAM4信号传输。通过设置通腔结构焊接钼铜热沉,使芯片与热沉直接接触,并将热沉与BGA焊盘置于不同侧,可在不影响二级装配的同时满足大功率芯片散热需求,解决了LTCC陶瓷散热不足的问题。采用下沉式封口区,在实现气密性封装的同时避免盖板与焊球干涉。

球栅阵列焊接工艺研究

本文介绍了球栅阵列(BGA)的封装形式、装焊流程中的焊前准备、锡膏印刷、贴装环节,同时对BGA底部填充胶以及四角点胶的作用及点胶方式进行了阐述,最后对BGA散热器安装螺钉布置提出了建议。

随机振动载荷下塑封球栅阵列含铅焊点疲劳寿命模型

对塑封球栅阵列(PBGA)封装器件Sn37Pb焊点进行了正弦振动、随机振动实验,得到各个载荷下焊点的疲劳寿命结果。建立了三维有限元模型,进行与实验条件一致的有限元分析,计算焊点的应力;将实验结果与有限元计算相结合,并基于Steinberg寿命预测模型,发展了随机振动载荷下焊点疲劳寿命预测方法。结果表明,疲劳寿命模型预测结果与实验结果吻合较好,该方法可应用于PBGA封装焊点在随机振动载荷下的疲劳寿命评估,为PBGA封装器件的设计与使用提供指导。