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塑料封装球栅阵列器件焊点的可靠性

发布时间:2019-07-19 23:48 来源:未知 编辑:admin

  塑料封装球栅阵列器件焊点的可靠性_电子/电路_工程科技_专业资料。对比了充胶和未充胶塑料封装球栅阵列(PBGA)器件在-40 ℃~125 ℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效样品焊点的失效机制,并分析了充胶提高器件热疲劳寿命的机制.实验发现:底充胶可使PBGA样品的寿命从500周提高到2000周以上,失效样品裂纹最先萌生于最外侧焊球中近硅芯片界面外边缘

  第! ’卷专辑! U @ 6 T ! ’( ! 中国有色金属学报 ’ &( ’ ) * & + & , . / * # % 01 * 0 & / / . +2 & 3 # % + ’ ’年 *月 C 5 ’ : ’ [文章编号] ( ) ! # $ % & ’ ’ ( ! $ ’ ’ ) $ * 塑料封装球栅阵列器件焊点的可靠性 ! 张礼季,王 莉,高 霞,谢晓明 (中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 上海新代车辆技术有限公司,上海 ’ ) * [摘 要]对比了充胶和未充胶塑料封装球栅阵列 (+ 器件在 $# , .) / !! ’ */ 温度循环条件下的热疲劳寿 命,采用光学显微镜研究了失效样品焊点的失效机制,并分析了充胶提高器件热疲劳寿命的机制。实验发现:底 充胶可使 + , . 样品的寿命从 * 周提高到 ’ 周以上,失效样品裂纹最先萌生于最外侧焊球中近硅芯片界面 外边缘处,界面处焊料组织粗化及界面脆性金属间化合物 0 1 ( 3 1 ( 3 2 ’和0 2 相的生成均促使裂纹沿该界面从焊球 边缘向中心扩展。 + , . 焊点界面处裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、焊料组织粗化以及生成脆性金属间 化合物等各种金属学和力学因素共同作用的结果。 [关键词]球栅阵列;可靠性;底充胶;晶粒粗化;金属间化合物 [中图分类号] ; 4 0# % 4 -! ! * [文献标识码] . 球栅阵列封装技术 (, , 问世 5 6 6 8 1 95 8 8 5 , .) 7 : 于’ 世纪& 年代,该封装形式既具有十分高的封 装密度,又具有优良的电性能、低噪声、低寄生电 感电 容 等 优 点;同 时 和 现 有 的 表 面 组 装 (( ; 8 5 = , 设备完全兼容,因而和芯 ? @ ; 3 A A = B 3 @ 6 @ ( C4) 7 : 片级封装 (D , 一起成为未来 B 1 = 5 6 E 5 = G 5 D ( +) EF 7 [ ] ! 电子封装的主流技术 。 [ , ] ) L 性能的降低 。而且,即使就热疲劳寿命而言, 未充胶 , . 器件的寿命也不能满足某些领域的高 可靠性 要 求。与 传 统 的 四 面 引 线 扁 平 封 装 (M ; 5 9 ) 相比, 6 5 A 5 = G 5 , . 因缺少柔性引线 焊点的可靠性问题也很突出。文献 [2 ] 表明, , . 很少应用于航空等对可靠性要求较高的领域。 鉴于以上原因,本文中作者对比了两组 + , . 样品 (充胶和未充胶) 在设定温度循环条件下的热疲 劳寿命,重点研究了有裂纹器件中裂纹的萌生位置 和扩展方向,焊点微组织和结构粗化以及焊料与焊 盘金属化层的界面反应问题。 (D , . 源自H , C 公司发明的 D # @ 3 A 8 @ 6 6 9= @ 6 I [ ] ’ ! # ,其基本特征是以位 ) 技术 6 5 F = B 1 @ 3 3 = A 1 @ 3 E E= 于微电子器件实体下的焊料球作为外引脚来实现芯 片与 + (+ ) 板的连接。研究发 D , 8 1 3 A 9= 1 8 = ; 1 AJ @ 5 8 9 现:采用锡铅焊料直接将硅芯片面朝下焊接到基板 上的倒装焊技术,由于芯片同有机板的热膨胀系数 [ ] 2 严重失配,热循环可靠性并不理想 ;而对于 , . ! 实验 实验 采 用 的 , . 样品为内引线键合形式的 + , ., , . 焊球为 %NL 阵列。其结构如图 ! 所 示,相关数据见表 ! 。采用共晶焊料,焊盘金属化 。 层从里到外分别为 D ;和 0 1 表! + , . 器件相关数据 器件来说,由于直接与芯片相连的基板 (一般为 , 4 [ ,] 或+ 具有同有机板相近的热膨胀系数,因 H等 ’ * ) 此具有较高的热疲劳寿命。将含有均匀分布 ( 1 K ’ 颗粒的环氧树脂填充到芯片和基板空隙的底充胶技 术虽然可以大大提高倒装焊接器件的热疲劳寿命, 然而对于 , . 器件来说,即使未经过底充胶也可 以得到较高的热循环寿命,并且 , . 最初也正是 [ ] % 工业界为了避免芯片倒扣工艺中底充胶这一步 # $ % & ! O 6 5 A 1 P 9 5 A 5 @ + , .= @ ? @ 3 3 A F E 4 B 1 = G 3 F F @ = B 1 E / ? ? T 2 ’ # Q 1 5 ? A 8 @ R 6 9 1 3 7 / 6 5 A ? ? E T 2 * Q 1 F A 5 3 = J A R 3R 6 9 1 3 7 / J 5 6 6 ? ? T L S 1 B A 7 @ R 6 9 1 3 7 / J 5 6 6 ? ? T ’ * 2 而发明的。最近人们发现,不同 , . 产品,尤其是 未充胶产品,随着热循环的进行, , . 器件焊点微 组织和结构变化以及界面金属间化合物的形成将导 致剪切强度以及 , . 器件的抗机械冲击以及震动 ( ) [基金项目]上海市科技发展基金资助项目 V Q ! # ’ ) 万方数据 [作者简介]张礼季 ( ,男,硕士T ! & ) L $) [收稿日期] ; [修订日期] ’ ! $ & $ ) ’ ! $ ! ! $ ! &

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