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.

温度循环和随机振动载荷下堆叠封装焊点可靠性模拟研究

采用有限元模拟研究了堆叠封装(Package on package, PoP)在温度循环和随机振动载荷下的焊点可靠性,包括封装内部的基板堆叠焊点和封装外部的板级互连焊点。通过应力分析定位危险焊点并计算焊点在温度循环下的疲劳寿命。模拟结果表明:在温度循环载荷下,应力主要集中于基板边角处焊点,基板堆叠焊点的疲劳寿命为3 002周次,板级互连焊点的疲劳寿命为1 552周次;在随机振动载荷下,两层焊点的应力值均较低,在50~2 000 Hz的随机振动频率范围内具有较高的可靠性。

基于变可信度近似模型的BGA焊点可靠性预测与优化方法

焊点可靠性预测研究多采用有限元仿真与单一精度近似模型相结合的模式,存在仿真时间长、效率低、准确性差等问题,为此,提出了一种基于变可信度近似模型的球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点可靠性预测与优化方法.首先,对不同网格细化方案进行收敛性验证,分别设计高/低精度样本点进行有限元仿真;其次,基于CoKriging模型融合高/低精度仿真数据进行焊点可靠性预测;最后,将预测结果与单一精度近似模型进行对比分析,并采用遗传算法优化模型获得对应结构参数.结果表明,在更少的仿真成本下,变可信度模型的预测效果更好,在同等预测精度下,变可信度模型高精度样本点数量仅为单一精度模型的1/4,相比高精度神经网络预测模型,在寻优过程中收敛更快.

基于微电子封装焊点超声图像边缘效应分析的可靠性无损评价方法

封装技术的集成化与小型化对封装内部焊点的无损评价方法提出了更高的要求。为研究微电子封装中焊点的可靠性问题,提出了一种基于微电子封装焊点超声图像边缘效应分析的可靠性无损评价方法。首先,设计并制造了装载有倒装芯片封装的试验样板,并利用热循环加速试验对样板进行老化处理。每4个试验周期,样板取出进行超声数据采集以监测焊点退化。其次,通过有限元仿真深入研究了超声波在电子封装内部的传播机制,建立了焊点超声图像几何特征与焊点实际物理特征之间的定性定量关系。在该理论基础上,提出一种焊点超声图像边缘提取算法,优化了焊点超声图像中心区域的定位。最后,通过焊点图像中心区域的亮度变化,确定了不同位置焊点的失效周期。利用均方根误差作为评价指标,将研究结果与以往方法进行了对比。结果表明:所提出的边缘检测算法在处理低质量焊点图像时,表现出显著的优势,具有良好的抗噪性能,能够得到清晰的单像素边缘;在焊点可靠性评价中,相较于以往的方法,均方根误差从137.11增强至41.23,检测精度提高了69.96%,大幅提升了焊点可靠性评价的准确性。这为微电子封装焊点的无损评价提供了有力的理论支持。

无引线陶瓷芯片载体器件焊点开裂分析及焊接可靠性提升

由于封装体、焊料和基板的热膨胀系数存在差异,无引线陶瓷芯片载体(LCCC)器件的焊料在温度循环测试条件下会反复发生剪切变形,进而引起疲劳失效、焊点可靠性下降。通过热疲劳寿命预测模型对LCCC封装焊点热疲劳寿命进行理论分析;通过增加焊点高度提升焊接可靠性,并通过试验加以验证;研究了增加焊点高度的不同方式对提升LCCC器件焊接可靠性的影响。分析结果和实施方案对确立LCCC器件的焊接指导原则及扩展LCCC器件的应用范围具有参考价值。

电子封装中的焊点及其可靠性

在电子封装中 ,焊点失效将导致器件乃至整个系统失效 ,焊点失效的起因是焊点中热循环引起的裂纹及其扩展。从焊点的微观组织及其变化、焊点失效分析、焊点可靠性预测等方面介绍了对电子封装焊点及其可靠性研究的状况。

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。

微连接焊点可靠性的研究现状

从焊点的形态预测、焊点应力应变过程的数值模拟以及其热疲劳寿命预测等三个方面对近年来国内外在微连接焊点可靠性方面的研究进行了综述,指出探索多因素作用下焊点三维形态的通用性预测模型、研究更为精确的物理模拟方法及在此基础上的数值模拟和对新型无铅钎料的可靠性进行研究将是未来的发展方向。

板级跌落冲击载荷下无铅焊点形状对BGA封装可靠性的影响

焊点高度和焊盘尺寸相同情况下,分析焊点形状(桶形、柱形、沙漏形)对BGA封装在板级跌落冲击载荷下可靠性的影响。根据不同焊点形状建立3种3D有限元模型,采用Input-G方法将加速度曲线作为数值模型的载荷输入,对BGA封装件在板级跌落冲击载荷下的可靠性进行分析。结果表明:在跌落冲击过程中,在0.1ms左右PCB板出现最大弯曲变形;焊点形状对BGA封装件在跌落冲击过程中的可靠性有较大的影响;以最大剥离应力作为失效准则对三种焊点进行寿命预测,沙漏形焊点的平均碰撞寿命值最大,其次是柱形焊点,桶形焊点最小,表明沙漏形焊点在跌落测试中表现出较好的抗跌落碰撞性能。

无铅电子封装材料及其焊点可靠性研究进展

随着2006年7月1日RoHS法令实施的最后期限的来临,无铅焊料的研究与应用又掀起了新一轮的热潮。由于封装材料与封装工艺的改变,给焊点可靠性带来了一系列相关问题。笔者就近年来国内外开发的无铅焊料、焊点的失效模式、焊点可靠性评价方法和焊点的主要缺陷进行了综述;对今后该领域的研究前景及方向进行了展望。

热循环参数及基板尺寸对焊点可靠性的影响

采用Ansys软件建立BGA倒装芯片模型考察焊点的热应力。通过改变热循环保温时间、温度范围和最高温度,研究各参数对焊点热疲劳寿命的影响,同时也考察了基板的长度和厚度的影响。采用Coffin-Manson方程计算并比较热循环寿命。结果表明:随着热循环高低温停留时间、温度范围以及最高热循环温度的增大,热循环寿命减小,最小寿命为879周;同时热循环寿命也随着基板长度和厚度的增大而减小。

片式元件与基板间隙对无铅焊点可靠性的影响

采用非线性有限元方法，讨论了片式元件与基板的间隙对Sn-2，5Ag-0．7Cu无铅钎料焊点的应力分布和热疲劳寿命的影响。结果表明，当间隙高度为0．1-0．2mm时，焊点薄弱处——元件底部拐角处、焊根的顶部和底部以及焊趾项部具有较低的应力，此时预测得到焊点的热疲劳寿命也最长。这一结果对于焊点几何形态的设计及优化具有指导意义。

基于正交试验设计的塑封球栅阵列器件焊点工艺参数与可靠性关系研究

基于正交试验设计法对塑封球栅阵列(PBGA)器件焊点工艺参数与可靠性关系进行了研究.采用混合水平正交表L18(2×37)设计了18种不同工艺参数组合的PBGA测试样件,进行了546小时、最大循环周数2140周的PBGA测试样件可靠性加速热循环试验.基于试验结果进行了极差分析和方差分析;研究了PBGA测试样件寿命的威布尔分布;采用有限元分析方法对热循环加载条件下PBGA焊点内应力应变分布进行了研究.试验结果表明失效焊点裂纹出现于焊点与芯片基板的交界面上.研究结果表明:样件规格对PBGA焊点可靠性有高度显著影响,芯片配重对PBGA焊点可靠性有显著的影响,焊盘直径和钢网厚度对PBGA焊点可靠性无显著影响;最优工艺参数组合为:S2D2G2M1和S2D2G2M2.有限元分析表明在热循环加载条件下PBGA器件内应力最大区域位于焊点与芯片基板的接触面上,裂纹首先在焊点与芯片基板的接触面处产生,有限元分析结果与试验结果相吻合.

SMT焊点形态成形和焊点可靠性CAD

以ＰＢＧＡ 焊点形态成形ＣＡＤ和焊点热疲劳寿命可靠性ＣＡＤ研究为例，提出ＳＭＴ 焊点形态成形和可靠性一体化设计思想，并对其实现方法进行了分析研究，给出了具体实现步骤和研究结果．

复合SnPb焊点的形态与可靠性预测

建立了复合焊点形态的能量控制方程，采用 Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｖｏｌｖｅｒ软件模拟了复合 ＳｎＰｂ焊点（高 Ｐｂ焊料凸点，共晶 ＳｎＰｂ焊料圆角）的形态利用复合 ＳｎＰｂ焊点形态的计算结果，采用统一型粘塑性 Ａｎａｎｄ本构方程描述复合焊点 Ｐｂ９０Ｓｎ１０和 Ｓｎ６０Ｐｂ４０的粘塑性力学行为，采用非线性有限元方法分析复合 ＳｎＰｂ焊点在热循环条件下的应力应变过程。基于 Ｃｏｆｆｉｎ—Ｍａｎｓｏｎ经验方程预测焊点的热循环寿命，考察焊点形态对焊点可靠性的影响，研究了复合

Sb掺杂对SnAgCu无铅焊点电迁移可靠性的影响

向Sn3.8Ag0.7Cu无铅焊膏中添加质量分数为1%的Sb金属粉末,研究了其焊点在电流密度为0.34×104A/cm2、环境温度150℃下的电迁移行为。通电245h后,阴极处钎料基体与Cu6Sn5IMC之间出现一条平均宽度为16.9μm的裂纹,阳极界面出现凸起带,钎料基体内部也产生了裂纹。结果表明:1%Sb的添加使焊点形成了SnSb脆性相,在高电流密度和高温环境下产生裂纹,缩短了焊点寿命,降低了电迁移可靠性。

随机振动下板级组件焊点可靠性研究进展

针对板级组件焊点在随机振动下的可靠性问题,对与之相关的实验研究成果和仿真结果进行了综述。首先介绍了球栅阵列(BGA)封装芯片焊点失效的位置,BGA焊点的材料以及BGA参数和印制电路板(PCB)参数对焊点可靠性的分析,并介绍了疲劳寿命预测方法和子模型法、特殊结构的随机振动分析。最后,提出了随机振动情况下的BGA结构的优化方法。

EBGA焊点形态预测与可靠性分析

基于能量最小原理对装配后的EBGA焊点形态进行了预测。采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了Sn63Pb37合金的粘塑性力学行为,采用非线性有限元方法研究了EBGA焊点在热循环条件下的应力应变过程及其特殊性,应用基于能量和损伤累积的Darveaux方法预测了EBGA焊点的热循环寿命。

无铅过渡时期混合焊点可靠性研究进展

在电子产品向无铅化过渡时期,存在前向兼容和后向兼容混合焊点的可靠性问题,对相关的理论和实验研究进行了综述。重点介绍了后向兼容组装中再流温度曲线的设置、焊点合金成分的计算及液相线温度的估算。简要介绍了前向兼容焊点的可靠性,认为一般情况下其可靠性可被接受。

跌落碰撞下SMT焊点可靠性研究进展

针对在跌落碰撞条件下便携式电子产品中SMT连接焊点的可靠性问题,对该领域相关的理论和实验研究成果进行了综述。介绍了跌落碰撞环境下SMT焊点在跌落试验、数值模拟、寿命预测模型以及无铅焊点的可靠性研究的现状和进展,并对跌落碰撞下SMT焊点的可靠性研究进行了展望。