CCGA器件的制备与高精度组装技术

CCGA封装器件具有良好的抗热膨胀失配等性能,在很多高可靠领域有广泛应用。针对CCGA封装器件的制备和高精度组装问题,开展了陶瓷管壳制备、高精度植柱工装设计、焊膏涂覆和器件植柱等研究。采用高温共烧陶瓷技术制备了2种带有菊花链的CCGA陶瓷管壳,可用于复杂链路的灵活设计。设计并加工了厚度为1.6 mm、开孔直径为0.54 mm的高精度植柱工装。对比丝网印刷和焊膏喷印方法,使用焊膏喷印法优化参数,提高了焊膏的体积精度,相对偏差小于10%。制备了高精度植柱样件,焊柱倾斜度小于1°,共面度小于0.1 mm,位置度优于±0.02 mm。该方法可有效提高CCGA器件的植柱精度和焊柱对称性,且有助于保证后续板级焊接的精度与可靠性。

CBGA、CCGA返工中的除锡工艺

CBGA和CCGA在板级组装时,常出现焊接不良等缺陷,导致电路无法继续使用。为降低成本、保证研制进度,需要进行植球植柱返工。除锡工艺作为植球植柱返工的第一个步骤,对后续工艺流程有较大影响。此外除锡工艺中焊料的残留量、镍层的熔蚀、金属间化合物(IMC)厚度和成分的变化都会影响器件的可靠性。对比了CBGA和CCGA的4种除锡工艺,通过切片分析方法观察测量了不同工艺下焊点的显微结构,并由此分析它们对器件可靠性的影响。

CCGA器件焊接工艺及可靠性研究

陶瓷柱栅阵列封装器件(CCGA)由于其抗振、易清洗、热匹配性好等优势,在可靠性要求较高的航天电子产品中被大量选用。为了满足航天产品应用需求,本文通过对CCGA器件焊接工艺及可靠性研究,摸索一条CCGA器件焊接工艺流程,并确定适宜的焊接工艺参数,包括制备试件,开展了验证试验和可靠性分析。根据分析结果调整工艺流程及参数,最终研究出一条CCGA器件与PCB印制板可靠焊接的工艺路线。

高密度CCGA热疲劳仿真及可靠性分析

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装具有优良的电热性能和高密度的信号互连特点,是航空航天等高可靠应用领域的首选。当引脚超过1000以上时,由于封装形式及材料本身特性,高密度CCGA在温度变化环境中更容易出现失效。针对CCGA1144结构开展温度循环试验,通过微观结构观察和有限元仿真,研究在-55~125℃温度循环条件下,焊柱应力分布、变化规律、失效原因及模式。结果表明,温度循环过程中外圈焊柱与内圈焊柱相比,等效形变、等效应力、等效应变及塑性应变变化范围更大,更容易发生失效,特别是外圈的边缘焊柱。研究给出了热疲劳试验过程中焊柱的薄弱点,指出0.15~0.60 mm及2.17~2.43 mm两个区间是焊柱发生裂纹和断裂失效的危险区域,且后者区间更易产生裂纹及断裂。提出了焊柱热疲劳的3种失效模式,指出焊柱在疲劳机制、蠕变机制共同作用下产生损伤或失效,给出了加固和优化设计方向的建议。研究结果对高密度CCGA的质量改进提升、发展和应用具有指导意义和参考价值。

CCGA及CBGA封装器件加固可靠性研究

针对CCGA及CBGA封装器件的焊点可靠性问题采用ANSYS有限元模拟分析的方法,分别对器件加固前和加固后焊点的应力情况进行仿真,确认在器件的四角进行加固可以有效地降低器件焊点在温循、振动环境试验下受到的应力,且随着加固范围的扩大,焊点受到的应力值呈现变小的趋势;通过实物样件试验验证,当使用环氧胶对器件每角加固1/4长度,可以有效保证器件在温循、振动和冲击试验过程中的可靠性。

基于约束方程建模技术的CCGA封装力学特性仿真

为探讨CCGA高密度封装结构在整机设备中的有限元建模方法,分析CCGA封装在力学激励下的响应,选用了不同的有限元单元对CCGA封装结构进行了建模,采用了约束方程方法处理不同单元所引起的求解自由度不协调问题,根据CCGA封装模型特点编写了约束方程自动建模程序。基于约束方程方法建立的有限元模型,对包含CCGA封装结构的设备整机进行了随机振动激励下的有限元仿真,得到了随机振动激励下封装的响应。通过包含CCGA封装结构的有限元模型建模过程可以看出:自动约束方程建模方法可以有效地处理实体单元与梁单元建模引起的自由度不协调问题,为包含高密度封装的设备整机有限元建模提供了新的思路;CCGA封装结构力学特性仿真结果可以较全面反映封装响应,为CCGA芯片的加固措施提供了根据。

CCGA封装特性及其在航天产品中的应用

介绍了CCGA封装的基本组成及焊柱的3种连接技术,对CCGA如何实现高互联密度、高性能、高可靠性的大尺寸封装进行了详细描述。CCGA板级装配的热循环试验结果表明CCGA封装技术达到甚至超过了典型卫星对航天电子设备可靠性的要求;CCGA散热时施加在器件顶部的压力超过极限值后将对可靠性产生严重影响。板级装配设计的关键要素和板级组装的关键工艺在文中也进行了概括性的叙述。

CBGA、CCGA植球植柱焊接返工可靠性研究

多功能、高性能、高可靠及小型化、轻量化是集成电路发展的趋势。以航空航天为代表的高可靠应用中,CBGA和CCGA形式的封装需求在快速增长。CLGA外壳/基板植球或植柱及二次组装之后的使用过程中,常出现焊接不良或其他损伤而导致电路失效,因此需要进行植球植柱焊接返工。在返工过程中,除对焊接外观、焊接层孔隙等进行控制,研究返工过程对植球植柱焊盘镀层的影响也是保证焊接可靠性的重要工作。一次返工后焊盘表面镀金层已不存在,镀镍层也存在被熔蚀等问题,这都对返工工艺及返工后的电路可靠性提出了挑战。文章主要研究返工中镀镍层熔蚀变化趋势以及随返工次数增加焊球/焊柱拉脱强度和剪切强度的变化趋势,并分析返工后电路植球植柱的可靠性。

CCGA焊点热循环加载条件下应力应变有限元分析

SMT焊点在热循环加载条件下的应力应变过程分析是 SMT焊点可靠性研究的重要内容。SMT焊点的可靠性问题主要是焊点在热循环过程中 ,由于陶瓷芯片载体与基板材料之间的热膨胀失配而导致焊点的蠕变疲劳失效。以 CCGA焊点为例 ,利用 CCGA三维焊点形态预测表面节点输出结果 ,将焊点形态分析三维表面模型转换为焊点应力应变有限元分析三维实体模型 ,从而建立了 CCGA焊点可靠性分析模型 ,采用三维有限元方法分析了 CCGA焊点在热循环条件下的应力应变过程。在此基础上 ,对

超大规模CCGA器件多类型焊柱板级组装工艺研究

基于电子元器件表面贴装工艺,研究了超大规模CCGA2577器件使用三种不同类型焊柱进行板级组装工艺试验,对PCB焊盘锡膏涂覆、回流焊接以及回流后的焊接效果表征等关键工艺步骤进行了研究和评估。工艺试验结果表明:SMT工艺能力可以较好地覆盖2500Pin级CCGA器件板级组装。对照使用传统Sn10Pb90焊柱、铜绕带螺旋型增强焊柱、微簧焊柱等不同材质和种类的焊柱进行板级组装,均能取得良好的组装效果。可靠性测试结果表明:使用铜绕带螺旋焊柱的CCGA2577器件的温循寿命可达1000次以上,且经过随机振动后电通断测试正常。

CBGA、CCGA器件植球/柱工艺板级可靠性研究

陶瓷球栅阵列(CBGA)和陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装由于其高密度、高可靠性和优良的电热性能,被广泛应用于武器装备和航空航天等电子产品。而CBGA/CCGA焊点由于其材料和结构特性,在温度循环等可靠性试验中焊点容易发生开裂,导致器件失效。本文以CBGA256和CCGA256封装产品为例,通过陶瓷基板与PCB板的菊花链设计来验证CBGA/CCGA焊点的可靠性,并对焊点的失效行为进行分析。结果表明,CCGA焊点可靠性要高于CBGA焊点,焊点主要发生蠕变变形,边角处焊点在温度循环过程中应力最大,容易最先开裂。

CCGA焊柱受力状态下热疲劳寿命的研究

分析了CCGA器件在星载设备中的受力状态。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,以CCGA组件焊柱为对象,建立了焊柱热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了力载荷对焊柱热疲劳寿命的影响。研究结果表明,力载荷在热循环条件下虽然对焊柱的应力影响不大,但对焊柱的塑性应变累积有明显的加剧作用,从而使焊柱的热疲劳寿命有显著降低,减少力载荷有利于提高焊柱的热疲劳寿命。

CCGA器件的结构特征及其组装工艺技术

陶瓷柱列(CCGA)封装由于其高密度I/O、高可靠性、优良的电气和热性能,被广泛应用于军事和航空航天等电子产品。但同时因为本身特殊的结构特征,使得CCGA的组装工艺技术存在一定的难度,受到了广泛的关注。针对CCGA器件,从其结构特征、PCB焊盘设计及组装工艺技术等几方面进行了概括性的叙述和总结。

CCGA焊点热疲劳寿命统计分析与评价优化

通过对 CCGA焊点形态参数与热疲劳寿命进行正交回归分析 ,得出了 CCGA焊点形态主要参数与热疲劳寿命之间的关系表达式。利用得到的焊点形态参数与热疲劳寿命的关系表达式 ,采用优化程序对基于焊点热可靠性的焊点形态进行了评价优化 ,得到了优化后的焊点形态参数。

金属封装BGA(CCGA)器件焊接工艺优化研究

文中经过大量的工艺试验和产品验证,解决了塑封BGA器件焊接良率和可靠性的问题。随着金属封装BGA(CCGA)的应用,对金属BGA(CCGA)焊接桥连问题进行论述,针对印刷网板厚度及开口方式的改进,提出一些改善金属BGA(CCGA)焊接质量工艺方法,在实践中取得了良好效果。

BGA和CCGA形位尺寸测试方法研究

BGA和CCGA电路焊球、焊柱的平面位置度、线性度以及PBGA翘曲度是封装检测的必检项目,其测量方法也较多。文章提出用激光测量显微镜来获取电路焊球球心、焊柱轴线的X-Y平面投影坐标,并结合AutoCAD软件,准确给出焊球/焊柱的平面位置度、线性度等,具有直观、快速、简便、精度高等特点,适合BGA和CCGA形位尺寸的在线检测、离线检验。

基于统计的高密度CCGA封装热循环寿命预测方程

利用ANSYS有限元软件建立了CCGA-1144全阵列三维1/8模型,分析了焊柱在热循环条件下的应力应变情况,提出疲劳寿命预测模型。并对CCGA结构进行可靠性正交试验设计,利用有限元方法预测了正交试验各方案的疲劳寿命,并利用统计学方法分析了不同结构参数变化对疲劳寿命的影响,建立了寿命预测回归方程。

低应力柔性CCGA焊点设计及其可靠性预测

为提高大芯片面阵列封装的可靠性、降低工作载荷下钎料焊点内部的应力集中程度,基于力学原理对陶瓷柱栅阵列(ceramic column grid array,CCGA)封装结构进行了柔性互连设计和焊点形态设计.采用有限元方法研究了该低应力柔性CCGA互连结构在剪切载荷下的力学行为.结果表明,互连结构的峰值应力和峰值应变由设计的铜质的锥形漏斗体承担,性能薄弱的钎料及钎料/铜柱界面不再处于互连结构的应力应变集中位置,焊点内部应力应变较传统CCGA焊点降低显著;预测该低应力柔性CCGA互连焊点将具有更高的可靠性.

CCGA用焊柱发展现状及面临的挑战

CCGA是在CBGA基础上发展而来,利用细长的焊柱取代焊球,借助焊柱良好的耐蠕变能力,适应PCB板与陶瓷外壳/基板之间由于热膨胀系数不同所产生的热应力失配,使得CCGA能够进行高密度、高可靠、大尺寸封装及组装。该种封装形式被广泛应用于武器装备和航空航天等领域。对CCGA用焊柱的结构、节距及生产工艺等方面的发展现状进行总结,相对于其他封装类型,CCGA封装面临成本、机械可靠性和热管理等多方面的挑战。

CCGA器件的可靠性返修

介绍了CCGA器件返修过程中需要注意问题及其原因,有助于规范CCGA器件的返修过程,减少对单板和器件的损伤,从而提高产品的长期可靠性。