电子封装微互连焊点力学行为的尺寸效应

研究了微互连模拟焊点在不同直径(d=200—575μm)和长度(l=75—525μm)匹配条件下准静态微拉伸的力学行为.研究结果表明,焊点几何尺度因子d/l对焊点内的力学拘束及接头强度有重要影响;d/l增大时导致焊点中力学拘束和应力三轴度的提高,但接头强度并不完全符合Orowan近似公式的预测结果,保持l恒定而增加d时会出现强度变小的尺寸效应.研究结果还表明,无论无铅还是含铅钎料,其焊点拉仲强度与焊点体积(d^2l)之间的变化关系符合反比例函数,即σF-Joint=1/(Ad^2l)+B,焊点的强度随焊点体积的减小而显著增大,显示了焊点"越小越强"的"体积"尺寸效应.

剪切蠕变下无铅焊点厚度的尺寸效应

利用自制的电子测试系统,测量分析了试样焊点厚度(0.05～0.50mm)对电阻应变的影响。结果表明:在剪切蠕变条件下,焊点厚度为0.25mm时,电阻应变最小,蠕变寿命最长。利用有限元软件ANSYS对焊点的蠕变应变进行仿真分析。结果显示:随着焊点厚度变化,焊点蠕变应变的变化趋势与实验结果一致。将相同厚度下的电阻应变与蠕变应变进行拟合,得到了电阻应变与蠕变应变之间的定量关系式。

电迁移致SnAgCu微焊点强度退化及尺寸效应研究

在100℃温度下,对直径为300μm、高度为100,200和300μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料微焊点施加密度为1×104A/cm2的直流电流。通电48h后,利用DMA对电迁移作用后微焊点拉伸强度的变化进行了研究。结果表明,电迁移作用导致微焊点拉伸强度明显退化,且退化程度随微焊点高度的减小而减弱。其中,高度为300μm的微焊点的平均拉伸强度由初始态的44.4MPa降至27.8MPa,下降了37.4%。电迁移还导致微焊点的断裂由延性变为延性与脆性相结合的模式。

焊点尺寸对微焊点拉伸断裂强度的影响

采用基于动态力学分析仪（DMA）的精密拉伸试验与ANSYS有限元数值模拟方法研究了“铜引线／Sn-3．0Ag-0．5Cu钎料膳同引线”三明治结构微焊点（直径均为200μm，高度为75-225μm）的拉伸断裂行为。结果表明：微焊点直径不变而高度为225，175，125和75μm时，其拉伸断裂强度分别为79．8，82．8，92．5与104．6MPa，即焊点尺寸（高度）减小会导致拉伸断裂强度增大，同时微焊点最终断裂位置由焊点中部向钎科似同引线的界面处转移。

无铅微互连焊点力学行为尺寸效应的试验及数值模拟

采用高精度微拉伸试验和有限元数值模拟方法研究不同微尺度的Sn-Ag-Cu无铅钎料模拟互连焊点力学行为和性能演变的尺寸效应。结果表明,当焊点高度恒定(225μm)而焊点直径逐渐减小(475～200μm)时,拉伸断裂强度显著提高且远高于体钎料的抗拉强度,断裂应变也逐渐增加;焊点的断裂位置及模式由较大直径时的界面低延性断裂转变为小直径时焊点中间部位的大变形颈缩断裂。模拟结果表明,由于焊点内力学拘束水平的不同,小直径焊点的界面应力较低且最大应力分布在焊点中间部分,易导致断裂发生在焊点中部,接头强度应较高;而大直径焊点中最大应力处于焊点界面,易导致界面金属间化合物层在较低外加应力下起裂,焊点断裂强度应较低。

硬盘磁头焊点优化及可靠性分析

研究了导致硬盘磁头焊点缺陷的主要原因，将焊点缺陷分为两类，并有针对性地提出了优化方案。针对第一类缺陷，建立了锡球势能模型和能量控制方程，通过Surface Evolver软件模拟优化了锡球大小和焊盘之间的相对位置对焊点成形的影响，得到锡球大尺寸为120μm±5μm，焊盘相对位置DM-S与DS-M分别为2．5～5．0μm和20～40μm。针对第二类缺陷，优化了磁头焊盘金属层结构、厚度和悬挂线焊盘引出线宽度，金属层厚度由5μm减为2～3μm，同时将悬挂线焊盘引线宽度变小。结果表明，金属间化合物减少了，同时避免了因悬挂线散热过快而出现金属间化合物沉降分层的现象；优化后的焊点经700次循环测试，缺陷出现率由7％～8％减为0．63％。

热力耦合场下互连微焊点的疲劳寿命分析

该文设计热循环和跌落耦合冲击试验,选用Sn96.5Ag3.0Cu0.5(SAC305)和Sn63Pb37(Sn-37Pb)两种焊料制成焊球,以芯片尺寸封装(CSP)芯片为研究基底,焊盘分别进行Ni/Au化学电镀和有机保焊膜涂覆两种工艺处理,研究该环境对CSP微尺度焊点疲劳寿命的影响。结果表明:CSP微尺度焊点的失效模式是先快后慢,初期失效的变化率最高,产品具有固有的耐耦合冲击能力,无铅焊点更适用于低周热循环和低能级跌落耦合冲击环境,有铅焊点的抗跌落冲击能力较强,Ni/Au处理的焊盘配合无铅焊球制成的CSP器件具有更高的耐高周耦合冲击可靠性,焊点的失效机制是由离散的空洞逐渐向界面裂纹转变。

多场耦合载荷下微焊点的疲劳寿命分析

选择Sn_(96.5)Ag_(3.0)Cu_(0.5)(SAC305)和Sn_(63)Pb_(37)(Sn-37Pb)两种焊料制成焊膏和焊球,印制电路板(PCB)焊盘采用Ni/Au化学电镀处理,以芯片尺寸封装(CSP)和方形扁平无引脚(QFN)封装两种器件为研究载体,设计一种为芯片持续提供电载荷和恒温的测试夹具并将其置于热循环和跌落耦合冲击实验中,研究该多场耦合环境对微焊点疲劳寿命的影响。结果表明在持续电载荷和恒温环境下,在Ni/Au处理的焊盘上,微焊点的抗跌落冲击寿命的下降速度是先快后慢;焊点受到低于100周的热循环冲击时,它的抗跌落冲击寿命的下降速度约为1.3次/周,高于100周后的下降速度逐渐降低至约0.05次/周;与非持续多场载荷作用下焊点相比,它的寿命下降约40%。在低周热循环和低能级跌落耦合冲击条件下,无铅和有铅焊点的抗跌落冲击寿命相当,在高周热循环和高能级跌落耦合冲击条件下,无铅焊点具有更高的抗跌落冲击寿命。

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni/Cu微焊点剪切强度与断口的研究

用直径为200-500μm的Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅焊球分别在Ni和Cu焊盘上制作焊点，并对焊后和时效200h后的焊点进行剪切测试，并采用SEM观察剪切断口形貌。结果表明，焊后和时效200h后焊点接头的剪切强度都随焊球尺寸增大而减小。焊后断口处韧窝形状为抛物线型，断裂方式为韧性断裂；随着焊球尺寸的增大，剪切断口处的韧窝数量增多，韧窝的变小变浅。时效200h后，韧窝变浅，趋于平坦，韧窝数量也明显减少，材料的韧性下降，脆性增加，断裂方式由韧性向脆性发生转变。

基于染料渗透试验的BGA焊点失效分析

对基于染料渗透试验的球栅阵列(BGA)焊点检测方法进行了阐述,通过试验,利用焊点失效模型和焊点开裂面积占比图分析了BGA焊点失效原因并提出改进意见,试验表明,染料渗透试验能全面地反映出BGA焊点的实际质量情况,是一种有效的焊点质量分析技术,能为产品后续的研发或质量改进提供参考。

尺寸效应对焊点机械冲击可靠性影响仿真分析

利用有限元模拟软件ANSYS预测分析了70μm和55μm两种尺寸焊点在机械冲击载荷的作用下的应力应变分布,发现边缘焊点在机械冲击载荷下应力应变集中现象明显,而钎料与焊盘界面处则是焊点的薄弱位置,并且小尺寸的焊点比大尺寸的焊点具有更大的应力值和更广的应力分布区域。

焊盘尺寸对FC-PBGA焊点可靠性的影响

影响封装可靠性的因素很多,其中对封装及供货厂商相关的封装设计方面的各种变量应该给予足够的重视。焊盘尺寸是影响焊点可靠性的关键因素之一,不同供货厂商的各种工艺造成焊盘尺寸方面的差异,对可靠性造成了极大的影响。有限元应力分析、波纹干涉测量试验及可靠性试验表明,基板厚度影响封装可靠性。文章采用有限元模拟来定量分析焊盘尺寸对PBGA封装可靠性的影响,把空气对空气热循环试验结果与FEM预测进行比较,讨论最佳焊盘尺寸,并预测对焊点可靠性的影响。

航天电子微焊点液-固界面反应过程中的尺寸效应与工艺优化

针对微型化趋势下焊球的尺寸效应问题,研究了航天电子微焊点互连工艺过程中液-固界面反应与微观组织的影响规律,并对互连工艺进行了优化.具体研究了不同直径(200、400μm)的Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-37Pb焊球分别在球栅阵列(BGA)器件侧金属化层(电镀Ni/Au)上进行单侧植球回流焊后的尺寸效应现象.研究结果表明:Sn-37Pb焊点界面处生成针状或短棒状的Ni3Sn4类型的金属间化合物(IMC)晶粒;Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点界面处生成不规则的块状(Cu,Ni)6Sn5晶粒.两种类型的焊点在液-固界面反应过程中均表现出明显的尺寸效应现象,即焊球尺寸越小,界面生成的IMC晶粒直径越大,IMC层越厚.基于建立的浓度梯度控制(CGC)界面反应理论模型,揭示了界面反应尺寸效应产生的原因与界面反应进程中界面溶质原子的浓度梯度相关,较小尺寸焊点界面处的溶质原子浓度梯度较小,溶质原子扩散通量较低,形成的界面IMC晶粒较大.基于CGC界面反应理论模型,对200μm直径Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点的单侧植球回流焊工艺参数进行了优化,工艺优化后界面生成的IMC晶粒直径减小了约60%,并且焊点在150 oC高温时效1000 h后的剪切强度提高了34%.

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

在电子封装过程中,钎料与基体之间形成金属间化合物层,其主要成分为Cu_(6)Sn_(5),Cu_(6)Sn_(5)晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能.采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点,使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu_(6)Sn_(5)晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析.结果表明,Cu_(6)Sn_(5)的平均粒径正比于t^(0.38)(t为回流时间),界面化合物层的平均厚度正比于t^(0.32).随着回流时间的增加,界面化合物生长速度变慢,Cu_(6)Sn_(5)晶粒的尺寸分布更加均匀.回流时间较长的样品中Cu_(6)Sn_(5)的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符,而对于回流时间短的样品,晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大.统计结果显示,出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值.最后讨论了界面Cu_(6)Sn_(5)晶粒的生长机制,分析了回流时间对界面Cu_(6)Sn_(5)晶粒生长方式的影响.

无铅微电子封装互连焊点中的尺寸效应研究

从微焊点的界面反应与组织演化,以及微焊点的力学行为与性能等方面,阐述无铅微互连焊点尺寸效应研究的现状。

加载速率和钎料厚度对SnAgCu/Cu焊点剪切行为影响

采用4种加载速率（1,0.1,0.01,0.001mm/s）,对4种钎料厚度（0.1,0.2,0.3,0.6mm）的SnAgCu/Cu搭接焊点进行了剪切破坏试验,分析了不同加载速率以及钎料尺寸对焊点抗剪切性能的影响,并通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析了剪切试样断口形貌、裂纹的萌生位置及扩展路径,阐释了SnAgCu/Cu焊点断裂失效机理.结果表明,加载速率在0.001～1mm/s范围内,焊点抗剪强度随加载速率的增加而增大,不同加载速率条件下焊点的断裂模式都为韧性断裂.不同钎料厚度的SnAgCu/Cu焊点随着焊点厚度的减小,其抗剪切性能提高,表现出明显的体积效应,其裂纹萌生位置逐渐由焊点内部向IMC层转移.焊点断口形貌为拉伸撕裂型伸长韧窝和剪切平面,断裂机理为微孔聚集型-纯剪切复合断裂.

Sn-58Bi微焊点组织与力学性能的尺寸效应行为

研究了回流焊点尺寸的减小对Sn-58Bi焊点显微组织形貌的影响,分析了在不同老化时间下焊点尺寸的减小对焊点界面微观组织的演变和剪切性能的影响.结果表明,在相同的冷却条件下,焊点尺寸的减小造成焊点在凝固阶段有较大的过冷度,在焊点内形成大块的初生β-Sn相,使得不同尺寸焊点内锡相和铋相的晶粒尺寸分布产生差异.Cu原子扩散速率的差异,Sn-58Bi焊点尺寸的减小有利于回流后界面金属化合物(IMC)的生长,并且在老化条件下,300μm焊点界面IMC的生长速率为0.324μm/day^(1/2),大于400μm和760μm焊点界面IMC的生长速率,300μm焊点界面IMC需要更短的时间从扇贝状成长为平板状.300μm焊点中有更强的机械约束效应,导致300μm焊点具有更高的抗剪切强度,回流后抗剪切强度达到了70.89 MPa,400μm和760μm焊点抗剪切强度分别为67.19 MPa和60.97 MPa.

白车身焊点电涡流检测尺寸辨识方法研究

本文主要对车身焊点尺寸模式识别方法进行研究,利用COMSOL仿真工具,建立电涡流传感器检测焊点的简化模型,分析焊点对涡流检测电压的影响,通过实验验证仿真结果。得到结论如下:激励频率越大,涡流趋肤深度越小,检测灵敏度越大。提离高度越大,钢板表面电涡流密度越小,检测灵敏度越低,焊点更难测量。焊点会引起检测线圈的输出电压呈凸起状态,有明显的波峰信号,焊点的尺寸越大,输出电压幅值越大。本文将检测电压曲线的时域积分和电压幅值梯度的波长宽度作为特征值,与焊点尺寸进行回归分析来辨识焊点尺寸信息,通过不同深度焊点相轨迹的频率响应来辨识焊点的深度信息。

BGA焊点SAC305/ENEPIG/Cu界面反应演化及力学性能的尺寸效应

将直径为300、500和760μm的SAC305(Sn3.0Ag0.5Cu)焊球在ENEPIG/Cu焊盘上进行3次回流焊形成SAC305/ENEPIG/Cu焊点,并在185℃对焊点进行了时效(0~1000 h)处理,研究了焊球直径对回流及时效后微焊点界面金属间化合物(IMC)反应和演变的影响,分析了不同焊球直径的焊点在不同剪切速率下(0.2和20 mm/s)的剪切强度与断裂模式。结果表明:随焊球直径减小和时效时间延长,焊点界面金属间化合物(IMC)由单相(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)向(Ni,Cu)_(3)Sn_(4)和(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)两相演化,IMC生长速率随焊点尺寸的增大而减小,表现出明显尺寸效应;焊点剪切强度随剪切速率减小和时效时间增加而降低,且大尺寸焊点剪切强度的下降程度明显弱于小尺寸焊点,在高速(20 mm/s)剪切条件下,所有尺寸焊点时效300 h后断面均呈韧性断裂。

锡膏量与再流焊后焊点形貌关系分析

表面贴装技术中的钢网设计是决定焊膏沉积量的关键因素,而再流焊后形成的焊点形貌与钢网的开口设计有着千丝万缕的联系。从SMT锡膏印刷工艺的理论基础出发,结合实际PCB(印制线路板)上锡膏印刷量,针对在不同线宽的高速信号线衍生形成的焊盘上印刷不同体积的锡膏量,论证再流焊后形成的焊点形貌。