浅谈CTE及其对FC—BGA焊点可靠性的影响
SMT焊点的可靠性研究
由于焊点的可靠性受到十分关注，一直成为电子行业的焦点。关于焊
点可靠性研究的可供参考的文献也非常多。国内以钱乙余，王青春、赵秀
娟 等带 头人 对 s 耵 各类 焊点 的 可靠 性 做了 大量 研 究： 通过 对 真焊 点 形态 参数
的研究，探讨其对焊点可靠性的影响；研究焊点在热循环下应力应变的分
布从而推导出其焊点的疲劳寿命或者是抗蠕变性，通过对焊点可靠性的有
行焊 接。
。…，
S耵是20世纪70 年代获得实际应用的一种新型电子装联技术。它彻底
改变了传统的通孔插装技术。使电子产品的微型化，轻量化成为可能，被
誉为电子组装技术的一次革命，是继手工装联，半自动插装，自动插装后
的第四代电子装联技术。它以缩小产品体积、重量、提高产晶可靠性及电
气性能，降低生产成本为目的，自8 0年代以来得到了飞速发展。当前， sMT已在计算机、通信、军事、工业自动化，消费类电子等领域的新～代产
通过F酬计算得出不同形态焊点内部等效应力，通过比较引线底面所对应的
焊点 上部 的应 力值 大小 ，得 出焊 点无钎 焊圆 角时 可靠 性较 差的 结论 。
’
究数据支持和 理论基础以及具有实用性的 评价方法。
[ 关麓词】s盯7可靠性焊点强度
中图分类号 ：T_92 文献标识 码：^ 文章编号 ：187卜一75 97( 2咖) ∞趵11 9一01_
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一、 j I ■
电子电路表面组装技术( 又称表面组装技术或表面贴装技术) 一般是指
用自动组装设备将片式、微型化的无引线或短引线表面组装元件／器件( 简
部 蠕变 应变 等 值， 并 与失 效焊 点 内部 裂纹 的 s 雠 图像 进行 对 比， 从 而认 为最
晶粒取向对焊接可靠性影响
不同体积SAC/Cu微焊点仅含有限晶粒。而Sn晶体具有强烈的各向异性，Sn的晶体结构及性能参数如图4-11所示。常温下Sn的晶格常数为：a=b=0.5832nm，c=0.3182nm，c/a=0.546。c轴与a(b)轴晶格常数的差异引起Sn晶体在c轴方向与a(b)轴方向上弹性性质的巨大差异（图一）,c轴方向（[001]）上的弹性模量是a轴方向（[100]）上的近三倍，热膨胀系数是a轴的近两倍。因此研究Sn基体中各晶粒的取向分布特征显得尤为重要。
3.3
经过对不同晶粒数目及取向可靠性的研究，可以在统计上得到，当单晶时比多晶时具有更低的可靠性，晶粒各个取向有各个不同的容易开动的滑移系。当滑移系于受力方向相吻合是，容易开动滑移系产生滑移，从而导致失效。因此对于单晶，应尽量避免在其滑移方向上产生应力从而导致滑移失效。
4.
锡铅凸块的结构是由BLM(Ball Limiting Metallurgy)及锡铅球本身所组成的，BLM亦称为UBM(Under Bump Metallurgy)，主要是作为铝垫与锡铅球之间的接口，所以必须具备应力低、黏着性佳、抗腐蚀性强及沾锡性好等特性。Cu在C轴的在25℃的扩散速率为2×10-6cm2/s，是a，b轴的500倍，而且是Sn的扩散速率的1012倍。对于Ni来说，c轴的扩散速率为其垂直方向的7×1014倍在120℃。因此，可以预测到Sn的晶粒取向对无铅钎料的可靠性具有十分重要的影响。在无铅焊点中有2种电子迁移失效形式，第一种失效主要是由于Sn晶粒的自我迁移。在IMC和钎料的界面上出现孔洞引起失效。第二种失效形式是在由于Cu和Ni的快速扩散引起UBM和IMC的早期失效。在图片的右边的晶粒取向和左边的晶体取向有较大的区别。左边的晶粒C轴与电流方向平行，右边的晶粒与C轴方向垂直。因此这个晶粒可以成为观察电子迁移的良好样本。在右边，Ni镀层保持14微米，孔洞主要集中在IMC和钎料的界面。这代表这典型的第一类型失效。这个孔洞的尺寸是由于样品制备时候增大的。在左边，可是，最初由钎料和UBM界面形成的IMC界面在重熔之后被电子迁移耗尽。Sn在Ni镀层和Cu的深处都能发现。Cu在晶界处以金属间化合物的形式出现。这可以被定义为第二种模式失效，它是由Ni和Cu在C轴快速扩散失效。他们的晶体取向可以从EBSD上面看出来。左边的晶粒C轴与电流方向平行，而右边的晶粒的晶粒与电流方向垂直。在第一种失效模式中，Sn晶粒C轴与电流方向有较大的角度。所以Cu和Ni在Sn的扩散速度较快。失效主要是由于Sn的子扩散或晶格融化导致孔洞在IMC和钎料之间形成。在模式2的失效中，C轴几乎和电流方向平行，在大电流的作用下，Ni和Cu会快速扩散从而使得IMC减少，一旦IMC消失，那么Ni就会快速地溶解掉。
BGA焊点可靠性工艺研究
BGA焊点可靠性工艺研究巫建华【摘要】伴随高密度电子组装技术的发展,BGA(Ball Grid Array)成为高密度、高性能、多功能及高I/O数封装的最佳选择.文章分析了影响BGA焊点可靠性的关键因素,特别提出了减少焊点空洞缺陷和提高剪切强度的主要措施,并通过试验优化出各工艺参数.结果表明:运用优化的工艺参数制作的BGA焊点,焊接空洞以及芯片剪切强度有了明显改善,其中对BGA焊接样品进行150℃、1000h的高温贮存后,焊点的剪切强度完全满足GJB548B-2005的要求.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)005【总页数】5页(P7-10,29)【关键词】焊球阵列封装;焊点;空洞;剪切强度【作者】巫建华【作者单位】中国电子科技集团公司第43研究所,合肥230022【正文语种】中文【中图分类】TN305.941 引言随着电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体方向的迅速发展，对多芯片组件的封装技术提出了更高要求，新的高密度封装技术不断涌出，BGA就是近年来兴起的新型高密度封装工艺。
BGA改变传统封装采用的周边引线方式，变成在基板下面面阵排列引出脚，并将引出脚改为Pb/Sn焊料凸点。
与传统的封装形式相比，BGA具有单位面积上的I/O数多，引线电感和电容小，散热效果好、对位要求低等优点，从而使其逐渐成为现代封装技术的主流。
但BGA的焊点质量和可靠性不能依靠常规的目检来检查，即使专用检测设备也不能对BGA 的焊接质量进行定量判定，这些都成为制约BGA封装技术发展的重要因素。
因此，研究提高BGA焊点可靠性的有效方法显得相当重要，提高焊点的可靠性问题成为了BGA 技术发展的关键。
2 试验2.1 试验基板的制作工艺试验基板材料为96%Al2O3，尺寸26.0mm×26.0mm×1.0mm，膜层为采用Dupont4093印制的Pt-Pd-Ag，其中，膜层厚度20 μm，试验基板的制作工艺流程如图1所示。
浅析SMT工艺中BGA焊接不良原因
浅析SMT工艺中BGA焊接不良原因摘要：随着科学技术的不断发展，现代社会与电子产品密切相关。
随着电子产品向便利/小型化、网络化和多媒体的方向快速发展，对电子装配技术提出了严格的要求。
为了实现这一目标，必须对生产技术和组件进行深入的研究。
表面贴装技术(SMT)符合这一趋势，为电子产品的轻巧、微妙、简洁和小巧奠定了基础。
SMT是现代电子装配最流行的技术。
该技术最大的优点是，传统组件的体积被压缩到微型设备上，而体积只有原来的十分之一，因此可以解决传统电子组件的某些缺陷，如低密度、低可靠性、大容量和高成本。
新的高密度组装技术不断出现，其中球栅阵列(BGA)是进入实际阶段的高密度组装技术。
本文分析了BGA器件的组装特性和焊不良的原因。
关键词：SMT工艺；BGA焊接不良；原因分析引言SMT（Surface Mount Technology，表面贴片技术）是一种在电路板上安装表面安装元件的方法。
它是现代装配技术的核心，是一种复杂且不断发展的技术。
通过掌握制造过程的质量要求，了解各种零部件的焊接问题、原因和解决方案，我们可以不断地防止它们发生。
1BGA技术的发展BGA技术自1960年代的美国开始研究，但直到90年代初，BGA才进入实际应用阶段。
虽然SMT可以组装出轻、薄、短、小的电路，但随着人们对小型化电子电路和I/O引线数提出了更高的要求，继而对具有高引线数的精细间距器件的引线间距以及共面性提出了更为严格的要求。
由于QFP器件受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，管脚的最小间距为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。
另外，由于精细间距QFP器件细引线易弯曲、质脆、易断，对引线间的共面性和贴装精度的要求严格，其应用受到了很大的限制，为此美国一些公司就把重点放在开发和应用比QFP器件更优越的BGA器件上。
2 BGA技术的特点BGA技术使用一种引线间距大、长度短的全新的设计方式，采用将圆型或柱状点隐藏在封装下面的结构，这样就消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共面性和翘曲的问题。
焊点可靠性研究详解
SMT焊点可靠性研究前言近几年﹐随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术(SMT)的飞速发展﹐SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。
与通孔组装技术THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。
THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后﹐填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性﹐镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素﹐一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。
但在表面组装技术中﹐铅料的填缝尺寸相对较小﹐铅料的圆角(或称边堡)部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用﹐焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多﹐铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。
另外﹐表面组装技术中大尺寸组件(如陶瓷芯片载体)与印制线路板的热膨胀系数相差较大﹐当温度升高时﹐这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。
如果温度超过铅料的使用温度范围﹐则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。
对于小尺寸组件﹐虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低﹐但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为(蠕变和应力松弛)存在着蠕变损伤失效。
因此﹐焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。
80年代以来﹐随着电子产品集成水平的提高,各种形式﹑各种尺寸的电子封装器件不断推出﹐使得电子封装产品在设计﹑生产过程中,面临如何合理地选择焊盘图形﹑焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。
同时﹐迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断﹑对工艺参数的设置做出决策。
目前﹐在表面组装组件的封装和引线设计﹑焊盘图形设计﹑焊点铅料量的选择﹑焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则﹐对工艺参数的选择﹑焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。
因此﹐迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径﹐有效地提高表面组装技术的设计﹑工艺水平。
BGA焊接可靠性分析及工艺改进
科技风2020年8月机械化工DOT10.19392/ki.1671-7341.202024088 BGA焊接可靠性分析及工艺改进李晓明焦超锋任康中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所陕西西安710065摘要：随着电子产品的升级，为了实现电子产品的微型化、网络化和高性能，电子产品的组装技术，需要进一步的发展。
BGA焊接正是在电子产品组装中，发挥了重要的作用。
然而，从实际情况来看，BGA焊接可能从多个方面，造成芯片固定管脚断裂等焊接方面的问题。
本文从影响焊接可靠性因素的方面，进行BGA焊接可靠性的分析,进一步的提出BGA焊接的工艺改进措施，实现焊接质量问题的防范。
关键词:焊接技术;BGA焊接；焊接工艺-、BGA焊接工艺简介BGA焊接，根据焊接封装材料的区别，可以将其划分为塑胶和陶瓷两个类别。
这两个类别分别为PBGA塑胶焊球、CBGA陶瓷焊球，随着技术的发展，目前也有TBGA载带型球阵列焊接。
PBGA的是最为常见的BGA技术，其使用材质为焊锡 球，从成本来看，成本低廉，且焊接容易，在回流焊过程中，焊球能够实现自主的校准，电学性能能够较好的实现。
但是，由于封装采用塑料材质，对于环境中湿气较为敏感，容易受潮。
因此，对气密性要求较高的封装焊接，不适用于PBGA。
同时，焊接前普通元器件，需要在八小时内完成焊接使用，否则受潮后容易导致元器件吸附水分，元器件氧化，导致在焊接过程元器件不能充分清除氧化物，产生虚焊、假焊的缺陷。
二、影响BGA焊接可靠性的因素(1)物料因素。
BGA物料，在焊接过程中岀现实效或焊接不良的情况,就会导致焊接可靠性下降。
例如BGA物料焊锡球脱落，或者焊锡球岀现裂纹等质量问题等。
物料的因素，会导致焊接后的焊点，与芯片元件岀现分离空洞。
(2)环境因素。
如采用PBGA完成焊接，可能由于湿度敏感问题，导致BGA出现失效的情况。
或者,在焊接环境下，静电的出现,也有可能导致出现静电击穿的情况，导致BGA焊接可靠性下降。
FC-PBGA644封装的热仿真模拟
FC-PBGA644封装的热仿真模拟石磊;黄金鑫;缪小勇;王洪辉【摘要】FC-PBGA (FilpChip-PBGA)倒装球栅格阵列封装相比BGA封装易于实现高密度封装,具有更好的电性能和热性能.利用有限元分析软件对封装产品进行建模仿真计算,添加各自的材料热导热系数、边界条件等,在产品设计研发阶段获得温度分布云图.通过计算其热阻,同时对此封装产品散热性能进行优化改进,得出基板尺寸的最优参数设计,可以通过添加散热盖改善其散热性能,提高产品可靠性.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(015)010【总页数】3页(P1-3)【关键词】FC-PBGA;仿真;可靠性;优化;散热【作者】石磊;黄金鑫;缪小勇;王洪辉【作者单位】南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;复旦大学信息科学与工程学院,上海200433;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006;武汉大学电子信息学院,武汉430072;南通富士通微电子有限公司,江苏南通226006【正文语种】中文【中图分类】TN305.94BGA封装具有面积小、对端子间距要求不苛刻、便于实现高密度封装，具有良好的电学性能、散热性能（在芯片背面可加散热器）等优点。
2002年开发的新型封装体FC-PBGA，发展速度很快，通过焊球等进行芯片倒装连接，易于实现高密度封装，利用焊球凸点将芯片与封装基板连接，把芯片正面朝下安装在基板上，使其成为高密度、高性能、多功能及高I/O的封装形式[1]。
如图1所示，散热盖与芯片之间通过贴片胶连接起来，倒扣在上面，使其传热加快，减小热阻。
在芯片与基板之间，由焊点连接形成的间隙中填充一种环氧封装材料，称为底部填充料，主要为了降低芯片与基板由于热膨胀系数(CTE)不同引起的内应力，可以增加芯片的可靠性，降低焊球的应力，保护焊球凸点不受其他环境的影响[2]。
2.1 模型的建立根据FC-PBGA产品的结构图，通过ANSYS建立模型的三维图，如图2所示，分别由芯片、基板、焊球、PCB组成。
SMT焊点的可靠性研究及CBGA焊点有限元分析
I
SMT 焊点的可靠性研究及 CBGA 焊点有限元分析
ABSTRACT
The reliability of soldered joints of electronic devices in surface mount technology is a key factor for the extensive application of electronic products. Therefore, aimed at meeting the needs of the components and devices for some type military products, the reliability of soldered joints of QFP, PBGA and CBGA have been studied in considerable detail. The tensile strengths of QFP joints were tested by means of STR-1000 Micro-joints Tester and the effects of pitch numbers, solder paste composition (SnPb paste and SnAgCu paste) on the mechanical properties of QFP joints were studied and the fracture micrograph of joints was also analyzed by means of SEM. The results indicate that under the condition of same pitch numbers, the tensile strength of the QFP joints soldered with SnAgCu solder paste is higher than that with SnPb solder paste; under the condition of same solder paste composition, the tensile strength of the QFP joints soldered with 48 pitches is lower than that with 100 pitches. Though PBGA packaging overcame the defect of QFP joints which the pitch is too fine, the detection method for the soldered joints of PBGA needs to be perfected. A series of PBGA soldered joints were detected by X-ray method, the shear strengths of soldered joints were detected by means of Micro-joints Tester, and the analysis and evaluation on shear strengths of PBGA balls with different diameters were also carried out. The results indicate that under the same conditions, the bigger the diameter is, the smaller the unit shear strength is, and the shear strength of PBGA joints soldered with eutectic solder is larger than that of tin- lead solder itself. Although CBGA packaging overcame the defect of PBGA packaging which it is easy to absorb moisture, the reliability of CBGA soldered joints still needs to research deeply. According to American Military Standard (MIL-STD-883), the reliability of CBGA soldered joints was studied under thermal cycling. The results indicate that the cracks emerged at the down interface of soldered joints which thermal cycling is up to 170 times and been expanded along grain boundary, and when thermal cycling is up to 240 times, the soldered joints fail. With the increase of thermal cycling times, the cracks expanded to the up interface of the soldered joints, the grains grown coarse and