无铅焊料表面贴装焊点的可靠性

由于Pb对人体及环境的危害,在不久的将来必将禁止Pb在电子工业中的使用。为寻求在电子封装工业中应用广泛的共晶或近共晶SnPb钎料的替代品,国际上对无Pb钎料进行了广泛研究。其中,共晶SnAg和共晶SnAgCu钎料作为潜在的无Pb钎料,具有剪切强度、抗蠕变能力、热疲劳寿命好等特点。     

QFP焊点可靠性研究

随着人们对健康和环境的要求越来越高,无铅焊料的研究倍受封装业的重视。塑性应变是影响电子封装焊点可靠性的主要因素,文章采用在多次温度循环条件下进行有限元数值模拟的方法,针对由不同元素(Sn,Pb,Ag,Cu)及配比构成的焊料,计算QFP焊点的塑性应变,定量评估其可靠性。给出焊料各参数对焊点可靠性的影响程度,仿真表明焊料激活能与气体常数的比值的变化对焊点可靠性影响最大,相应的焊点Y向塑性应变均值仅为优化前的11%。所得的结果可为今后QFP封装时的焊料选择提供新的理论依据。     

SAC BGA元件使用共晶锡铅焊膏的焊点可靠性评定（二）

本文是英特尔公司关于研究Sn—Ag—Cu BGA类型元件使用共晶Pb—Sn焊膏（无铅的向下兼容问题）的一系列研究报告中的第二篇。在此系列研究中所使用的封装类型包括：a）0．5mm间距的vfBGA（极细间距BGA），b）0．8mm间距的SCSP（芯片级尺寸封装），C）1．0mm及1．27mm间距的wbPBGA（引线键合塑封BGA）。本文集中讨论wbPBGA元件与另外两种类型元件在使用共晶Pb-Sn焊膏的向下兼容问题上的对比效果。 元件的组装在标准的Pb—Sn组装条件下使用不同的回流温度曲线。峰值温度的设定从208℃到222℃。回流曲线类型有浸润型曲线（Soak profile）以及帐篷型曲线（Direct ramp up profile）。回流后的结果既有因为Sn—Ag—Cu BGA焊球完全熔化和塌落形成的一致的焊点微观结构，也有由于BGA焊球的部分熔化和塌落形成的非一致的焊点微观结构。焊点可靠性（SJR）的评估是根据温度循环（-40℃至125℃，每30分钟循环一次）以及机械震动测试所产生的失效来分析。焊点可靠性的测试及失效细节分析将在本文中被一一提及。[编者按]     

热循环条件下无铅焊点可靠性的有限元分析

通过有限元数值模拟对Sn3.5Ag0.75Cu无铅焊料焊点的可靠性问题进行了分析。采用统一粘塑性Anand本构方程对焊料焊点结构进行有限元分析,研究焊点在热循环加载过程中的应力应变等力学行为。研究结果表明,在焊点内部焊点与基板结合处的应力较大,而焊点中央的应力较小;焊点在低温阶段的应力最大,在高温阶段应变最大;在升降温阶段的应力应变变化较大,而在保温阶段的应力应变变化较小。     

BCO光度分析法测定锡铅焊料中的铜

介绍了用ＢＣＯ光度分析法分析，测定锡铅焊料中的铜含量，该方法快速，准确，简便，值得推广和应用。     

无铅电子封装材料及其焊点可靠性研究进展

随着2006年7月1日RoHS法令实施的最后期限的来临,无铅焊料的研究与应用又掀起了新一轮的热潮。由于封装材料与封装工艺的改变,给焊点可靠性带来了一系列相关问题。笔者就近年来国内外开发的无铅焊料、焊点的失效模式、焊点可靠性评价方法和焊点的主要缺陷进行了综述;对今后该领域的研究前景及方向进行了展望。     

无铅焊点的可靠性问题

焊点的质量与可靠性很大程度决定了电子产品的质量。随着环境保护意识的增强，无铅焊料、无铅焊点成为了近年来的研究热点问题。无铅焊点由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整，必不可少的会给焊点可靠性带来新的影响。本文从设计、材料、及工艺角度分析了影响无铅焊点可靠性的因素，对无铅焊点可靠性测试方法做了介绍。     

Study of DC and AC Electromigration Behavior in Eutectic Pb-Sn Solder Joints

In this study, direct current (DC) and alternating current (AC) electromigration experiments were carried out using solder joints with a Cu/eutectic Pb-Sn/Cu joint configuration. During stressing using DC and AC, a fixed current density of 10⁴ A/cm² was applied to the joints at 150°C. In the joints stressed by DC, electromigration-induced damage occurred, and the corresponding microstructural changes mainly included valley and hillock formation in the solder region, pronounced phase segregation of Pb-rich and Sn-rich domains, asymmetric growth of Cu-Sn intermetallics at the interfaces, and excessive depletion of Cu at the cathode side. In contrast, no significant electromigration was observed after the AC treatments. This was especially true for the treatment with AC frequencies higher than 1 h⁻¹. The dependence of the damage on AC frequency suggests that electromigration in solder joints can be inhibited to a large extent when a proper reverse current is delivered.     

倒装焊器件尺寸参数对低k层及焊点的影响

当前。集成电路制造中低k介质与铜互连集成工艺的引入已经成为一种趋势,因此分析封装器件中低矗结构的可靠性是很有必要的。利用有限元软件分析了倒装焊器件的尺寸参数对低k层及焊点的影响。结果表明：减薄芯片,减小PI层厚度,增加焊点高度,增加焊盘高度,减小基板厚度能够缓解低k层上的最大等效应力;而减薄芯片,增加PI层厚度,增加焊点高度,减小焊盘高度,减小基板厚度能够降低焊点的等效塑性应变。     

陶瓷封装倒装焊器件Sn-Pb微焊点的电迁移行为

高密度陶瓷封装倒装焊器件的焊点尺寸已降低至100μm以下,焊点电流密度达到10~4 A/cm~2以上,由此引发的电迁移失效成为不可忽视的问题。以陶瓷封装菊花链倒装焊器件为研究对象,开展了Sn10Pb90、Sn63Pb37焊点热电环境可靠性评估试验,通过电连接检测及扫描电子显微镜(SEM)等方法对焊点互连情况进行分析。结果表明,Sn63Pb37焊点阴极侧金属间化合物(IMC)增长明显,表现出明显的极化现象,IMC厚度的平方与通电时间呈线性关系。通电时间达到576 h后Sn63Pb37焊点阴极侧产生微裂纹,而Sn10Pb90焊点在通电576 h后仍未出现异常,表现出优异的电迁移可靠性。研究结果对于直径100μm微焊点的陶瓷封装倒装焊器件的应用具有重要的意义。     

Resistance Changes in Eutectic Sn-Bi Solder Joints During Electromigration

The resistance of electronic interconnects made with Sn-based solders experiences significant deterioration during service in high-performance electronic products. During electromigration damage, metal atoms/ions can migrate in the direction of electron flow. Accordingly, accumulation of metal atoms/ions at the anode interface can induce surface bulging. On the other hand, depletion of metal atoms/ions at the cathode interface can induce surface dimpling. In addition, the different α-rich and β-rich phases in a binary eutectic system were found to separate in the bulk region of eutectic Sn-Bi solder joints. Such atomic movement leads to complex interactions between the resistance changes of electronic solder joints during the different stages of electromigration. In order to clarify such scenarios, a LabVIEW^?-controlled system was employed to quantitatively measure the instantaneous resistance values after an electric current was applied. This study investigated the effects of a high current density (10⁴ A/cm²) at two different ambient temperatures (25°C and 80°C) on the deterioration of resistance changes during the early stage of the electromigration process.     

BGA焊点可靠性研究综述

随着集成电路封装技术的发展,BGA封装得到了广泛应用,而其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。该文介绍了BGA焊点可靠性分析的主要方法,同时对影响焊点可靠性的各因素进行综合分析。并对BGA焊点可靠性发展的前景进行了初步展望。     

无铅焊及焊接点的可靠性试验

随着电子装置的小型化的发展,欧盟(EU．)的WEEE和RoHS提出禁止使用Sn-Pb焊 锡。这将导致一系列的工业革新,如部件体积和重量的减少,各种各样无铅产品的出现,改变现有 的焊接生产线等。参照国际标准(IEC,ISO)和日本国家标准(JIS),并根据这些标准做了一系列的试 验,通过试验对无铅焊润湿性、强度、耐久性等可靠性的评价方法进行说明。     

微波产品焊点典型失效模式可靠性研究

微波元器件引线和基板的互连方式较多,为了保证产品性能,最理想的方式是将其引线直接与基板搭焊,但这种方式仅靠焊料和引线的形变来释放应力,有一定的局限性,因此常常出现焊点开裂失效的问题。为了评估微波产品焊点释放应力的能力,介绍了在微波产品中典型的三种高热应力焊点失效模式,分析了焊点开裂的机理。使用ANSYS软件对其应力进行了仿真,结合焊点位移量及其所带来的焊点剪切应变来评估焊点热疲劳寿命,并验证了这些方法的可行性和实用性,最后提出了高应力焊点相应的工艺设计优化措施,对提高焊点可靠性具有重要的指导作用。     

大功率LED焊料层的可靠性研究

将功率循环方法应用于大功率LED焊料层的可靠性研究,对比分析了在650 mA,675 mA和700 mA电流条件下大功率LED焊料层的热阻退化情况。实验结果表明,循环达到一定次数,大功率LED热阻才开始退化,并呈线性增加,从而引起光通量下降;另外,失效循环次数与电流值之间呈线性关系,并外推出正常工作条件下焊料层寿命为90 968次。对样品进行了超声波检测(C-SAM),发现老化后LED焊料层有空洞形成,这说明空洞是引起热阻升高的主要原因。     

Interfacial Reaction Between Eutectic Sn-Pb Solder and Electroplated-Ni as well as Electroless-Ni Metallization During Reflow

Electroplated-Ni (EP-Ni) has been adopted gradually as an underbump metallization layer due to its comparatively lower resistivity and higher deposition rate. In this study, the metallurgical reaction between eutectic Sn-Pb solder and EP-Ni as well as electroless-Ni (EL-Ni) was investigated at 200°C, 210°C, 220°C, and 240°C. It is found that the growth rate of Ni₃Sn₄ intermetallic compound (IMC) on EP-Ni was slower than that on EL-Ni. The consumption rate is measured to be 0.97 × 10⁻³ μm/s and 1.48 × 10⁻³ μm/s for EP-Ni and EL-Ni, respectively. The activation energy is determined to be 51 kJ/mol and 48 kJ/mol for EP-Ni and EL-Ni, respectively. The dense structure of EP-Ni may be responsible for the lower IMC formation rate.     

焦耳热作用下共晶锡铋焊点电迁移特性

电迁移可以引发芯片内部互连金属引线（单一元素）中的原子或离子沿电子运动方向移动. 但是,在共晶锡铋焊点中,组成的元素为锡和铋而非单一元素. 由于铋原子和锡原子在高电流密度下具有不同的迁移速率,因此共晶锡铋钎料具有独特的电迁移特性. 实验中采用的电流密度为1E4A/cm2,同时焦耳热会引发焊点温度从25升高至49℃,富铋相在此温度下会发生明显粗化,除此之外,铋原子会首先到达正极界面处并形成坚硬的阻挡层,使得锡原子的定向运动受到阻碍,最终,富锡相会凸起,其与负极界面间会有凹谷形成.