混合組裝BGA焊點(diǎn)可靠性模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著國(guó)際無鉛化趨勢(shì)的日益明顯,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)正步入有鉛無鉛混合組裝的過渡時(shí)期。由于沿用傳統(tǒng)的有鉛工藝生產(chǎn)線,勢(shì)必面臨可靠性和兼容性等一系列問題,其中以在有鉛工藝技術(shù)下對(duì)無鉛元器件和印制電路板進(jìn)行焊接的向后兼容工藝尤為受到關(guān)注。目前業(yè)界對(duì)這部分的研究不足且數(shù)據(jù)有限,部分結(jié)論還相互矛盾,因此對(duì)混裝工藝的優(yōu)化和可靠性壽命的預(yù)測(cè)研究具有重要的實(shí)際意義。
　　本文首先對(duì)混合組裝球柵陣列封裝(BallGridArray,BGA)進(jìn)行了有限元模擬,通

2、過確定關(guān)鍵焊點(diǎn)分析了峰值溫度和冷卻速率對(duì)BGA應(yīng)力應(yīng)變的影響和零預(yù)應(yīng)力下熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變,同時(shí)對(duì)有無預(yù)應(yīng)力下的BGA熱循環(huán)壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè),并與有鉛BGA熱循環(huán)壽命進(jìn)行了對(duì)比;然后對(duì)兩種工藝下的塑料和陶瓷兩類BGA器件進(jìn)行了老化和熱循環(huán)試驗(yàn),對(duì)焊點(diǎn)及界面組織演變進(jìn)行了描述,觀察分析了焊點(diǎn)缺陷并對(duì)工藝進(jìn)行了比較,同時(shí)研究了了老化過程中的界面金屬間化合物(IntermetallicCompound,IMC)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué);最后對(duì)經(jīng)過可靠性試驗(yàn)的器件

3、進(jìn)行了染色試驗(yàn),總結(jié)了失效模式并制作了MAP圖,對(duì)比了不同測(cè)試時(shí)間、工藝和封裝方式對(duì)器件可靠性的影響。
　　研究結(jié)果表明:降溫速率對(duì)焊后應(yīng)力影響較大,峰值溫度對(duì)焊后應(yīng)變影響較大,但隨著二者升高,應(yīng)力應(yīng)變也相應(yīng)上升;有鉛BGA焊后應(yīng)力應(yīng)變大于混裝BGA,但二者均未達(dá)到屈服強(qiáng)度。溫度的升降意味著應(yīng)變的升降,但應(yīng)力的變化剛好相反,導(dǎo)致此時(shí)焊點(diǎn)最易失效;而保溫階段具有應(yīng)力松弛的作用,但應(yīng)變隨高低溫保溫進(jìn)一步升降。確定了焊點(diǎn)外側(cè)焊料與上基板

4、交界處是應(yīng)力應(yīng)變變化最大區(qū)域,成為焊點(diǎn)的最薄弱點(diǎn);預(yù)測(cè)結(jié)果表明均勻混裝BGA具有較高的熱循環(huán)壽命,并指出預(yù)應(yīng)力不影響其壽命,只增加初始應(yīng)變值而不影響應(yīng)變變化?？煽啃栽囼?yàn)研究發(fā)現(xiàn)兩種再流焊工藝能獲得均勻一致的微觀組織,確定了界面存在Cu6Sn5、Ag3Sn和Cu-Ni-Sn等金屬間化合物,指出老化過程中IMC生長(zhǎng)與時(shí)間的平方根成正比,符合體擴(kuò)散機(jī)制,及Pb的聚集、裂紋、IMC碎裂等將嚴(yán)重降低可靠性。熱循環(huán)中Pb未發(fā)生明顯聚集且IMC厚度增