SnAgCu/SnBi混装焊点的热循环可靠性研究

Sn-Bi和Sn-Ag-Cu混装焊点是利用低熔点的Sn-58Bi锡膏将高熔点的Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)的小球回流焊接在印制电路板(PCB)上,从而实现高温芯片的低温焊接工艺.文中研究了SnAgCu/SnBi混装焊点在热循环条件下的可靠性并通过有限元模拟揭示了混装焊点热循环可靠性的应变演变行为.热循环试验发现混装焊点的寿命要优于SAC305无铅焊点.有限元计算表明,结构混装焊点内SnBi钎料层的添加能够减小最大非弹性应变范围,从而提升混装焊点的热循环可靠性.

有铅焊膏和无铅BGA混装焊点的可靠性探索

目前,无铅器件广泛应用于军用电子产品上,然而很多制造商会将无铅器件进行有铅化处理,这必然会带来其他不可控的因素,最根本的解决办法是通过工艺改进来兼容无铅器件。经过对有铅焊膏焊接无铅BGA的焊接机理进行分析,在设定的回流焊接参数下,使用Sn63Pb37焊膏焊接无铅BGA。混装焊点的X-RAY、金相切片和电镜扫描等质量分析结果显示:混装焊点质量符合要求,在混装焊点和有铅焊点经过500次温度循环试验和振动试验后,二者可靠性相差无几。

回流焊峰值温度对混装BGA焊点的影响研究

针对当前大量使用有铅焊料焊接无铅BGA的实际现状,通过调控有铅制程回流曲线的峰值温度,研究其对混装BGA焊点坍塌高度、空洞率及微观组织的影响。结果表明,峰值温度从210℃提升至225℃,无铅BGA焊球能够全部充分坍塌且高度保持一致;峰值温度为210℃时,混合焊点内的空洞率最低,随着峰值温度的升高,空洞尺寸和空洞率均有所增加;峰值温度为215℃时的微观组织最细小且尺寸分布最均匀,继续提升峰值温度,微观组织尺寸会随之增大。因此使用有铅焊料焊接无铅BGA的最佳峰值温度为215℃,与有铅制程保持一致。

SMT焊点疲劳寿命的预估

表面组装工艺的优劣直接影响印制电路板组件的质量及可靠性,进而对整机系统的可靠性能产生决定性影响。特别是,无铅元器件有铅焊料的混装技术较为复杂,相比传统有铅工艺,具有更高的焊接峰值温度和更窄的工艺窗口。其焊点失效主要是由于产品周期性工作导致的温度变化以及外界环境周期性的温度变化,导致产品的互连焊点发生周期性的应力应变作用,引起焊点的热疲劳和蠕变疲劳,进而发生互连失效。为提升电子产品的质量和可靠性,基于PCBA组件的典型工作剖面及装备使用的环境条件,以组件中有高可靠性风险的器件为工艺研究对象,制备了菊花链线路的寿命评估板,设定典型应力水平的温度循环开展试验,并根据加速模型进行外推,预测了焊点寿命数据。

混装BGA器件高温老化实验焊点微观组织研究

采用有Pb焊料对无Pb焊点球栅阵列(BGA)塑封器件进行焊接,选用再流焊工艺对器件进行混装焊接.对混装再流焊BGA器件分别进行4,9,16和25 d的高温老化实验,在老化实验前后不同阶段,使用精密电阻仪对混装BGA器件进行电性能测试,没有发现器件的电性能失效.利用SEM对焊点微观组织的分析发现,混装焊点印制电路板(PCB)侧金属间化合物(IMC)成分为Cu_3Sn和Cu_6Sn_5,BGA焊盘侧IMC成分为Ni-Cu-Sn三元化合物.对焊点两侧的IMC进行厚度测量,结果表明,随老化时间延长两侧的IMC厚度都增大,PCB一侧IMC生长速率明显高于BGA焊盘一侧.此外,有一些焊点内部和界面处出现了富Pb相聚集、IMC破裂、界面裂纹以及空洞等可靠性隐患.

塑封BGA封装器件双面装焊工艺研究

针对微小卫星对遥感数据处理和传输载荷的小型化、智能化、功能综合、组网协同等全新需求,需要解决单板上flash、ddr等大量存储器类无铅BGA封装器件的双面贴装技术问题。采用Surface Evolver软件对SS面BGA焊点形态进行仿真,得到倒置焊球的焊点高度及球径等焊点形态信息,并得出焊点失稳状态的极限重力条件。通过对SS面BGA焊点进行金相分析验证仿真结果,并对经过温度循环和振动试验后的SS面BGA混装焊点进行金相分析和染色试验。研究结果表明,当焊球承重较小时,随着焊球承重的增加,焊点高度呈线性增加;当焊球承重较大时,随着焊球承重的继续增大,焊点高度增加的速率加大。焊球直径为0.47 mm的BGA焊点,承重极限在0.0335 g~0.0389 g之间,焊点表面张力远大于器件自身的重力;SS面BGA混装焊点通过了200个温度循环及力学振动试验的考核。