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。

陶瓷球栅阵列封装器件植球工艺研究

陶瓷球栅阵列(CBGA)封装器件由于其优异的电性能和气密性等优点而被广泛应用于军事、航空和航天领域,CBGA器件的再植球技术在电子产品维修中频繁使用。本文以CBGA380封装器件为案例,对高铅焊盘残留焊锡清理、锡膏印刷、植高铅球等工艺做了详细的阐述,并通过光学及电镜对焊点的质量进行了多方面检查,检查结果验证本文的工艺方法有效、可靠。

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。

陶瓷球栅阵列封装的有限元模拟与焊点应力分析

文章运用有限元分析软件ANSYS,建立了陶瓷球栅阵列(CBGA)封装的三维有限元模型,模拟出热载荷作用下CBGA封装的三维热应力应变分布,研究了焊点的形状对焊点的应力、应变的影响,为在实际焊接过程中,从焊点形态的角度去控制焊点质量提供了理论依据.

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.

陶瓷球栅阵列器件转变为陶瓷柱栅阵列器件

陶瓷球栅阵列(CBGA)器件在军事和航空航天电子设备中得到了广泛使用,由于器件基板与印制板之间热膨胀系数不匹配,焊点易于产生应力。对于工作温度范围更宽和寿命循环要求更长的军品而言,大尺寸CBGA就具有较高的风险。介绍了一起CBGA焊点开裂故障,分析了故障产生的原因,并进行了故障机理分析,随后开展了CBGA及CCGA温度循环验证工作,结果表明:对于尺寸大于32 mm的陶瓷格栅阵列器件,焊点应采用焊柱,否则,其热疲劳寿命将得不到保证。

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。

CBGA植球工艺成熟度提升方法的研究

随着陶瓷球栅阵列(CBGA)封装形式产品被广泛应用,对其植球工艺质量的可靠性和一致性要求也越来越严格,焊球的位置度是检验CBGA产品质量的重要参数之一,其直接影响该产品表面贴装的质量和可靠性。以CBGA256产品为例,针对CBGA产品在批生产过程中出现的局部助焊剂聚集而引起焊球位置偏移的问题,通过对陶瓷外壳质量、焊膏印刷工艺和回流焊工艺的研究,优化CBGA产品的植球工艺,解决局部焊球位置度较差的问题,进而提高产品的一致性和可靠性,提升CBGA植球工艺的成熟度。

Ni-B/Ni-P焊盘结构对CBGA植球焊点性能的影响

化学镀镍工艺因其无需掩膜、区域选择性好和非电镀等特点,被广泛应用于电子封装工业中的沉积工艺。研究了陶瓷球栅阵列(CBGA)封装中Ni-B/Ni-P焊盘镀层结构对焊点性能的影响。结果表明,高温老化过程中,焊点界面金属间化合物(IMC)厚度的增加与老化时间的平方根呈正比关系,Ni-P焊盘与Sn Pb之间形成的金属间化合物呈片状或块状,而Ni-B焊盘与Sn Pb焊料之间形成的金属间化合物呈鹅卵石状,Ni-B焊盘上焊点界面IMC更厚、生长速率更快。随着老化时间的增加,两种焊点剪切力均呈现先增大后减小的趋势,Ni-B焊盘上焊点剪切强度更高。

电子封装的边界条件独立热阻网络模型的研究

研究倒装陶瓷球栅阵列(flip chip ceramic ball grid array,FC-CBGA)电子封装的边界条件独立热阻网络模型.依据热模型的研究路线图,采用三维有限体积法,建立了详细热模型,所得热阻与模拟冷板实验结果对比的平均误差为3.78%,验证了详细热模型的准确性.在此基础上,建立了FC-CBGA三热阻网络模型,它与详细热模型在加装冷板、热沉、强制对流等21类边界条件下的结温对比误差均小于4%.结果表明,该热阻网络模型具有边界条件独立性,结构更加简单,能快速准确地获取电子封装的结温与热阻,可完全替代详细热模型来分析电子系统的热流路径和热管理.

CBGA不同尺寸焊点热循环载荷下应力应变的有限元模拟

采用ANSYS分析软件,将组件简化为二维模型的焊点应力应变有限元分析。通过研究三种BGA球(0.76 mm、1.0 mm、1.3 mm)组件,利用有限元模拟CBGA(陶瓷球栅阵列)组件在热循环加载条件下其应力应变分布,并且计算了焊点的应力应变最大值,得出球径为0.76 mm的CBGA组件其可靠性最好,表明有限元方法可有效地用于研究微电子封装中各类焊点的可靠性。

FC-CBGA封装中高速差分信号过孔的设计与优化

对FC-CBGA封装中高速差分信号过孔的设计与优化问题进行研究,分析了采用堆叠孔、增加地回流孔和增大过孔反焊盘尺寸这三种优化方法对减小电容和电感不连续性,以提高过孔电性能的具体影响。时频域仿真验证了所述优化方法能够有效降低高速差分信号插入损耗及回波损耗,提高信号过孔阻抗,改善高速差分信号传输性能。

基于CBGA技术的双频段四通道变频SiP

在现代雷达系统中,相控阵雷达以其得天独厚的优势依然占据着强势的地位,其中作为核心器件的收发组件发挥重要的作用。伴随着组件高集成、小型化和轻量化的需求,系统级封装(SiP)的技术得以迅猛的发展。本文设计完成了一种基于陶瓷球栅阵列(CBGA)封装的集成S波段和P波段的四通道变频SiP模块,共集成4路S波段变频和1路P波段双向放大芯片,可切换4种工作模式。四通道的带内发射高、低增益值约为30 dB和14 dB,带内接收高、低增益值约为48 dB和35 dB,满足设计要求。此外,变频SiP通过CBGA方式组装在印刷电路板(PCB)上,器件通过100次-55~125℃的温度循环试验,板级可靠性较高。

焊膏厚度对CBGA组装板可靠性的影响

为了研究焊膏厚度对氮气保护再流焊CBGA组装板可靠性的影响 ,设计采用 0 .10mm、0 .15mm、0 .2 0mm三种厚度的焊膏和压缩空气与氮气保护再流焊来准备CBGA组装板可靠性试样。通过对组装板试样进行剪切强度、弯曲疲劳、热冲击和振动疲劳等可靠性试验来优化组装工艺过程。试验结果显示出 0 .15mm厚度的焊膏具有最佳的机械性能 ,氮气保护对改进组装板的性能起明显的作用。理论模型也定量给出了焊膏厚度与焊点性能之间的关系。

BGA技术成为现代组装技术的主流

简要介绍了BGA的概念、分类、发展现状、应用情况等。BGA是现代纽装技术的新概念,它的出现促进SMT(表面贴装技术)与SMD(表面贴装元器件)的发展和革新,并将成为高密度、高性能、多功能及高I/O数封装的最佳选择。

CBGA结构热循环条件下无铅焊点的显微组织和断裂

用热循环实验、扫描电镜观察焊点横截面和有限元模拟的方法研究了陶瓷球栅阵列封装(CBGA)结构中无铅焊点的组织和热疲劳行为． CBGA结构中,在焊料与铜焊盘和银焊盘的界面处分别形成了Cu6Sn5和Ag3Sn．在热循环过程中,铜焊盘处Cu6Sn5层增厚,并出现Cu3Sn;镀银陶瓷芯片一侧,Ag3Sn层也增厚,焊球中靠近界面处Ag3Sn的形态从条状向球状过渡．增加热循环周次,疲劳裂纹最先出现在芯片与焊球界面处焊球的边角位置上,有限元模拟表明此处具有最大的剪切应力．在印刷线路板处,裂纹沿Cu6Sn5和焊料的界面扩展;在陶瓷芯片处,裂纹沿Ag3Sn界面层附近的焊球内部扩展．

CBGA器件温度场分布对焊点疲劳寿命影响的有限元分析

陶瓷封装器件的可靠性一直是电子封装领域关注的热点,目前有限元模拟方法在分析焊点疲劳寿命时大多采用了均一温度假设条件,而陶瓷封装器件由于自身材料性质,在热循环载荷下其内部温度场并不均匀.文中在传统经典理论的基础上利用ANSYS有限元软件采用六面体网格划分技术对16×16阵列的陶瓷球栅阵列(ceramic ball grid array,CBGA)封装模型在热循环载荷下的可靠性进行了仿真分析.考虑了热循环加载过程中CBGA器件内部的温度场分布,使用热力耦合模型讨论了均一温度假设在不同条件下的合理性.结果表明,考虑温度场分布的情况下预测的疲劳寿命要低于均一温度假设条件,为温度均一假设适用条件提供了判断依据.

极限温度下CBGA焊点热冲击疲劳寿命预测

深空探测的环境多为极低温大温变环境,研究电子器件在此极限条件下的可靠性具有重要意义.采用多线性等向强化(MISO)本构模型描述Sn63Pb37和Sn96.5Ag3.0Cu0.5(SAC305)焊料的力学本构行为,分析陶瓷球栅阵列(ceramic ball grid array,CBGA)焊点阵列在极限温度(-180^+150℃)热冲击载荷下的应力应变分布情况,最后根据基于能量的Darveaux疲劳模型预测CBGA焊点的热冲击疲劳寿命.结果表明,局部热失配导致应力最大点出现在边角焊点陶瓷载体一侧的焊盘与钎料界面,极限温度热冲击载荷下焊点的疲劳寿命远低于标准温度循环载荷下的疲劳寿命.

热循环对CBGA封装焊点组织和抗剪强度的影响

陶瓷球栅封装阵列(CBGA)器件的陶瓷基器件与印刷电路板之间膨胀系数的差异是导致焊点失效的主要因素,其可靠性一直是CBGA封装器件制造时需重点考虑的问题。研究了在-55～125℃热循环试验条件下,热循环对CBGA封装焊点的组织变化及对抗剪强度的影响。结果表明,随着热循环次数的增加,焊点的抗剪强度不断下降;随着热循环次数的增加,CBGA封装焊点在焊球边缘处开始萌生裂纹,然后裂纹沿着晶界扩展,最终导致完全失效。与此同时,焊点的组织变化的微观机制表现为焊点晶粒不断地长大,组织粗化,金属间化合物层逐渐增厚。

基于CBGA的多通道DDS封装隔离度设计

介绍了一种基于陶瓷球栅阵列(CBGA)技术的多通道直接数字合成器(DDS)封装结构设计,提出了一种改进隔离度的CBGA基板实现形式,并利用Ansoft HFSS软件进行了基板隔离度的优化仿真,最后对所提出的设计进行了实物测试。测试结果与仿真结果基本一致,表明所提出的封装优化设计成功地提高了多通道DDS的隔离度,为高隔离度的多通道DDS产品工程设计提供了参考。