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BGA封装可靠性试验pdf

发布时间:2019-07-01 15:18 来源:未知 编辑:admin

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  2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 BGA封装可靠性试验 李荣敏周玉梅叶青 (中国科学院微电子研究所100029) 摘要。本文简单介绍了与BGA封装引出端有关的两项可靠性试验方法,一种是可焊性, 一种是BGA焊球剪切。 关键词:可焊性焊球剪切 forBGAballS introducestwokindsof testmethods Abstract:Thispaper is otherisBGABallShear. reliability:oneS01derability,the 1引言 随着集成电路制造工艺发展,集成电路的规模越来越大,封装的家族里出现了球栅阵 列BGA形式,它具有体积小、生产率高、电性能好、引出端多等优点。由于引出端数的增 加和引出端间距的缩小时BGA封装发展很快,正因采用BGA封装的器件大都是规模大、功 能复杂的集成电路。其是否能可靠的工作自然成为人们不得不关注的问题。由于BGA特殊 的管脚形式——袖珍小球且间距狭窄,其封装可靠性试验方法就会有别于传统管脚——插 针的形式。 2可焊性试验 可焊性试验的目的是测定那些通常要焊接的器件引线的可焊性,判断可焊性是基于这 些引线被焊料涂覆时的浸润能力,或当浸入焊料时形成适当角焊缝的能力。这些步骤将用 于检验在生产过程中采取的处理方法是否有利于焊接,并且证明凡是设计上要求进行连接 的部分。包括了加速老化试验,它模拟了器件在贮存时可能存在的各种有害条件组合下的 自然老化。 传统的“浸润一观察”式的可焊性试验是在经过8+0.5h水汽老化后,经干燥后,将 引出端浸入焊剂5~lOs,再干燥后进行浸焊料程序,即以一定速率浸入融焊料245_+5C 一次, 引出端可接受的判据为:引出端浸渍部分表面至少95%的面积覆盖有新的连续焊 料层;针孔、空洞、空隙、未浸润不超过总面积的5%;相邻引线间无焊料桥接。 BGA封装的可焊性试验和传统可焊性试验一样,在可焊性试验前,通常使用加速预处 理以模拟器件在贮存期间可能存在的各种自然老化。将器件暴露于水蒸汽中一段时间,在 达到规定时间后从试验设备中取出;或在150。烘烤16h+15min。BGA封装的浸焊料方法传 统可焊性试验有所不同,并且在浸焊料之后有一个回流焊过程,回流焊模拟了BGA器件的 表面组装过程。BGA可焊性试验程序如下: a.必要时,对样品进行预处理; b.涂焊剂(见图1); C.将部件放到焊剂上(见图2); d.回流、冷却和移走流动焊剂; e.检查和鉴定被试验的引出端。 下面的两个图反映了给BGA封装引出端加浸焊料很直观的过程: 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 图1通过镂空模板将焊料涂抹在 图2器件放在焊膏印记上,焊印 inch 陶瓷(0.035 thick)衬底上 要与被测器件的引出端图案吻合 回流焊条件见表l: 可焊性试验条件 魏-db秘1嘲睁 S^,ED S^舶D 蕾hIType RoLl R0匝D 融赫触 Sn脚 Sl蚺gc4 Cmavcc,mu/IRo、M8 C∞l∞矗她嫒D1日∞ Rdlw熟m鼬H毋∞m_●·曲 h岫虱m粤l衄 150—1700C l∞一180oC Ph出e砒Time s 50—70s 如一70 Re蛊ow{妇蓝p嘲捌缸障 215—2300C 230一245oC 鼠ghl虹 如一70§ 50一70尊 囊kB睁-P期啊嗍(1曲墨删 V印ⅨPk∞ Vala∞lahae 心Ⅸ噼丑yme由 弛细氨删即%№ 215—2190C 230一245吧 R捌BaFli抽∞ 30一∞§ 30一∞s Rd蝻聋—埔蝴(alarum) Stora铲Oveu for 魏蜘T∞蝉“岫m 215—2;04C №t玎自ca帕田田曙埘ed Rs蛔Time 2.5曲 Pb-fTee托哦i89 O确lR匹。霄isa鲻Ⅷb田 ANsI/EIA一638对接收/拒收判据进行了描述,:对每一个引出端要放大10到20倍检查, 所有引出端至少95%的关键表面区域覆盖有连续而无缺陷的焊料层。除了未浸润、脱浸润 和针孔之外的热和任何异常不是拒收的理由,器件引出端末的底层金属暴露是允许的。关 键区域定义为引出端的底面和两侧、一倍引出端厚度的范围。 镂空模板的要求:模板或筛子上面刻有和被测器件相应的几何图形。通常模板的标称 厚度如表2: 镂空模板厚度 模板标称厚度 BGA引脚间距 0.508 0.102姗(0.004in) mm(0.020in) 0。152mm(0。006in) into 0。508衄≤引脚间距40.635蕊(0。020 0.025in) 0.203mm(0.008in) 0.635mm(0.025in) 3 BOA引脚牢固度的考核 引线牢固性,指器件引线、焊接和密封的牢固性,传统的引线牢固性试验方法是施加 弯曲应力来测定引线、密封和引线涂层的牢固性,或对器件引线分别施加扭力或转矩,以 测定引线和密封的牢固性;施加剥离和拉牵的应力以测定无引线封装引出端的附着和镀涂 一242. 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 性能。 对于BGA封装来说,采取焊球剪切的方式,考核BGA焊球在BGA组件加工和搬运操作时 可能会承受的机械剪切的能力。 BGA焊球剪切试验用具: (1)剪切探头:探头宽度大约和 焊球宽度相当,这样在剪切过程中, 就不会和邻近的焊球相碰。在剪切 过程中剪切探头移动的速度。 (2)BGA组件夹具 一种紧密固定BGA组件的夹紧 装置,这样BGA焊球可以被剪切探头 剪切。 BGA焊球剪切试验办法 将BGA焊球用夹具严密固定住, 剪切探针一端对BGA焊球施加平行 图3BGA焊球剪切图示 于芯片载体表面的力,另一端与测 试仪器相连,因此所加的力可以测量。探针宽度与焊球宽度相当,这样测试过程中,就不 会碰到邻近的焊球。 BGA焊球剪切试验程序 安装探头和BGA组件夹具,使探头与焊球成90。+5。,可以平行于BGA焊球表面移动。 对准探头,使得它可以接触至UBGA焊球。探头的边缘离衬底的距离是焊球中心线到衬 底距离的一半。这可以使得基本上是圆形的焊球可以与探头在它最大的直径处。 装上焊球以一个固定的速率并记录这个速率。为了进行数据比较,或者要使用同样地 和速率,或者使用在不同的剪切速率得到焊球剪切值等效设置。 对每一个焊球剪切要记录负载速率,最大负载和失效模式。 BGA焊球剪切失效判据 剪切负载取决于焊球类型、焊球尺寸和压点尺寸。就此,剪切数据像焊球类型、焊球 尺寸和压点尺寸应能代表大多数。在测量得到足够的数据后,一种基于为有代表性的大多 数保持均方根和标准偏差的失效判据应该建立起来。 有6种典型的失效模式: #l焊球剪切:焊球断裂发生在焊球面罩表面或以上部位 #2压点抬起:焊接压点和焊球一起抬起; #3焊球抬起:这是因为焊料沾湿不足造成。压点没有完全被焊料盖住,压点顶部暴露; #4金属间化合:断裂发生在扩散层。留下一薄而光滑的焊料层在压点上; #5剪切在焊球中心以上部位;剪切工具切去了焊球(中心线以上)的顶部。这是装配错 误; #6干扰:剪切工具切入了衬底,邻近的焊球或剪切偏离了焊球中心位置。这是装配错误。 .243— 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 MC-DE.I MoDE3 队LLL睡=T:LACKoF l孽frERML=T^LLlC日RE^K ● SOLDERWE_11-No 图4BGA焊球剪切失效模式 可以接受的失效模式是:模式l,2;不能接受的失效模式是:模式3,5和6;如果剪切力 与焊球剪切相匹配,模式4是允许的。失效模式必须小心验证确保正确的判据用于特定的 焊球剪切。 下面细节须在适当的程序文件中规定: (a)如顾客要求的剪切力数据 (b)取样大小:模型的数量以及每个模型所要试验的焊球数目。 4小结 以上简单介绍了BGA封装焊球的可焊性和牢固度的检测方法。 参考文献: SEPTEMBER2004 1.Solderabili哆JESD22-B102D 2.BGABallShear JESD22一B117 JULY2000 3。Shelf-LifeEvaluationofNickel/PalladiumLeadFinishfor Circuits,Donald A. Integrated C.Abbott.Raymond Frechette,GardnerHaynes,andDouglas 1998 W.Romm,April

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