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钎料合金蠕变行为及非耦合型本构理论研究进展

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强度与环境 2024年第1期51卷 13-22页

作者：邢睿思王龙侯传涛北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需... 详细信息

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需要准确把握封装结构材料蠕变行为与损伤机理,完善钎料合金本构理论并提升材料蠕变性能预测精度,发展封装结构精细化仿真分析方法。本文梳理了钎料合金蠕变性能及其影响因素,回顾了非耦合型本构理论的发展历程与研究热点,分析了相关模型的预测能力,为深入理解钎料合金蠕变行为与性能预测奠定基础。

关键词：钎料合金蠕变性能本构模型焊点可靠性

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HALT试验高效率温度剖面图的建立

宇航学报 2004年第2期25卷 195-200页

作者：褚卫华陈循王考袁杰红国防科技大学机电工程与自动化学院机电工程研究所长沙410073

HALT是一项崭新的可靠性试验技术,具体实施还缺乏系统的理论指导。以在电子设备可靠性中起重要作用的焊点为研究对象,采用非线性有限元方法,分析了有引脚PQFP和无引脚EBGA两类典型器件的焊点在热循环载荷作用下的应力应变特点,研究了热... 详细信息

HALT是一项崭新的可靠性试验技术,具体实施还缺乏系统的理论指导。以在电子设备可靠性中起重要作用的焊点为研究对象,采用非线性有限元方法,分析了有引脚PQFP和无引脚EBGA两类典型器件的焊点在热循环载荷作用下的应力应变特点,研究了热循环试验温度剖面参数包括高低温端点温度、高低温保持时间、温变速率对这两种典型焊点的弹性应变范围、塑性应变累积、疲劳寿命和试验效率的影响,归纳了电子设备HALT可靠性试验优化温度剖面图的建立方法。

关键词：高加速寿命试验热循环试验温度剖面非线性有限元分析热疲劳寿命焊点可靠性

无铅材料SnAgCu的Anand参数测定和CSP焊点寿命预测

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工程力学 2009年第10期26卷 177-182页

作者：王强刘勇梁利华浙江工业大学机电工程学院浙江杭州310014

在不同的温度和常应变率条件下,对无铅焊料95.7Sn3.8Ag0.5Cu进行不同的温度和应变率条件下的拉伸试验,采用非线性数据拟合方法,得到材料的Anand本构模型参数。基于三维有限元分析方法预测热循环条件下焊点的疲劳寿命,对无铅材料95.7Sn3.... 详细信息

在不同的温度和常应变率条件下,对无铅焊料95.7Sn3.8Ag0.5Cu进行不同的温度和应变率条件下的拉伸试验,采用非线性数据拟合方法,得到材料的Anand本构模型参数。基于三维有限元分析方法预测热循环条件下焊点的疲劳寿命,对无铅材料95.7Sn3.8Ag0.5Cu和含铅材料62Sn36Pb2Ag的CSP焊点寿命进行了预测和比较,结果表明无铅材料95.7Sn3.8Ag0.5Cu的疲劳寿命比含铅材料62Sn36Pb2Ag的寿命高30.93%。

关键词：无铅材料粘塑性 CSP 焊点可靠性寿命预测

PBGA封装体的热-结构数值模拟分析及其优化设计

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大连理工大学学报 2006年第5期46卷 633-640页

作者：葛增杰顾元宪靳永欣赵国忠大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

基于热弹性力学和结构优化理论,针对典型的PBGA封装体在工作过程中的受热问题,建立了有限元数值模拟分析模型.模型中考虑了完全和部分两种焊点阵列形式,采用了基于散热功率的热生成加载、热循环加载和热循环、热生成综合加载三种方式.... 详细信息

基于热弹性力学和结构优化理论,针对典型的PBGA封装体在工作过程中的受热问题,建立了有限元数值模拟分析模型.模型中考虑了完全和部分两种焊点阵列形式,采用了基于散热功率的热生成加载、热循环加载和热循环、热生成综合加载三种方式.计算结果与文献中的实验结果进行了比较,并讨论了各层材料的主要参数对封装体热-结构特性的影响.算例结果表明对电子封装体的热-结构特性分析采用有限元数值模拟是可行的,并据此分别以最大应力最小化和封装体质量最轻为目标,对封装体进行了优化设计,为提高封装件的可靠性和优化设计提供了理论依据.

关键词：热弹性力学有限元焊点可靠性热循环热应力

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电子封装用Au-20Sn钎料研究进展

材料导报 2019年第15期33卷 2483-2489页

作者：王刘珏薛松柏刘晗林尧伟陈宏能南京航空航天大学材料科学与技术学院南京210016 汕尾市索思电子封装材料有限公司汕尾516600

Au-20Sn钎料具有优异的综合性能且适用于无钎剂钎焊,在微电子器件和光电子器件封装领域占据重要地位。近年来,国内外学者对金锡钎料的研究工作不断深入,金锡钎料制备工艺及焊点可靠性研究已成为电子封装领域的研究热点。然而,Au-20Sn钎... 详细信息

Au-20Sn钎料具有优异的综合性能且适用于无钎剂钎焊,在微电子器件和光电子器件封装领域占据重要地位。近年来,国内外学者对金锡钎料的研究工作不断深入,金锡钎料制备工艺及焊点可靠性研究已成为电子封装领域的研究热点。然而,Au-20Sn钎料在发展和应用过程中仍受到以下问题的严重制约:第一,Au-20Sn钎料铸态组织中由于存在脆性金属间化合物(IMC),难以采用常规方法加工成形;第二,钎料中贵金属金含量太高(约为80%),导致钎料价格昂贵;第三,Au-20Sn钎料在制造过程中难免会存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第四,有关Au-20Sn钎料的焊点可靠性研究尚未见系统报道。Au-20Sn钎料铸态组织粗大,IMC分布不均匀,导致合金脆性较大,难以通过传统铸造轧制工艺制备出符合使用要求的Au-20Sn钎料。因此,研究者们不断优化Au-20Sn钎料的制备方法,采用熔铸增韧等工艺有效控制了Au-20Sn钎料制备过程中脆性IMC的形成和分布,大幅提高了Au-20Sn钎料的使用性能。在高可靠性电子封装及芯片封装中,电子元器件通常使用镀层提高可焊性。铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)是电子封装中常用的基板材料和表面金属化层,Au-20Sn钎料与镀层金属形成的焊点界面IMC是实现可靠性连接的基础。目前,有关Au-20Sn钎料与不同镀层金属之间相互作用的研究主要集中在钎焊过程中焊点界面IMC的演变及时效过程中焊点可靠性的影响机制。除了对Au-20Sn钎料制备工艺进行优化和探索不同界面反应外,不少研究者尝试对焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性问题进行研究。通过不断优化钎焊工艺参数,制定合理的工艺规范,采用焊点钎着率和钎缝气密性作为评价大功率电子及光电子器件性能及其稳定运行的重要指标。本文重点介绍并分析了Au-20Sn钎料的优点以及其制备的难点,阐述了Au-20Sn钎料在无钎剂封装焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性的研究进展,详细讨论了Au-20Sn钎料与不同镀层的界面反应问题,探讨了Au-20Sn钎料研发、制备和应用过程中存在的问题及解决措施,从而为Au-20Sn钎料的生产与应用提供理论指导。

关键词： Au-20Sn钎料金属间化合物界面反应焊点可靠性

CBGA组件热变形的3-D SOLID模型有限元分析

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电子器件 2003年第2期26卷 143-147,132页

作者：耿照新杨玉萍王卫宁首都师范大学物理系北京100037 中国科学院物理所北京100080

利用有限元中的3-DSOLID模型分析CBGA组件的热变形、应变和应力的分布,表明有限元法是研究微电子封装中BGA焊点、CBGA组件的可靠性的方法。

关键词： CBGA 热变形焊点可靠性有限元

Ni-B/Ni-P焊盘结构对CBGA植球焊点性能的影响

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半导体技术 2017年第2期42卷 134-138,144页

作者：吕晓瑞林鹏荣姜学明练滨浩王勇曹玉生北京微电子技术研究所北京100076

化学镀镍工艺因其无需掩膜、区域选择性好和非电镀等特点,被广泛应用于电子封装工业中的沉积工艺。研究了陶瓷球栅阵列(CBGA)封装中Ni-B/Ni-P焊盘镀层结构对焊点性能的影响。结果表明,高温老化过程中,焊点界面金属间化合物(IMC)厚度的... 详细信息

化学镀镍工艺因其无需掩膜、区域选择性好和非电镀等特点,被广泛应用于电子封装工业中的沉积工艺。研究了陶瓷球栅阵列(CBGA)封装中Ni-B/Ni-P焊盘镀层结构对焊点性能的影响。结果表明,高温老化过程中,焊点界面金属间化合物(IMC)厚度的增加与老化时间的平方根呈正比关系,Ni-P焊盘与Sn Pb之间形成的金属间化合物呈片状或块状,而Ni-B焊盘与Sn Pb焊料之间形成的金属间化合物呈鹅卵石状,Ni-B焊盘上焊点界面IMC更厚、生长速率更快。随着老化时间的增加,两种焊点剪切力均呈现先增大后减小的趋势,Ni-B焊盘上焊点剪切强度更高。

关键词：陶瓷球栅阵列(CBGA) 金属化层金属间化合物(IMC) 焊点可靠性 Ni-B/Ni-P

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剪切蠕变下锡银焊点的电阻应变特性研究

剪切蠕变下锡银焊点的电阻应变特性研究

作者：杨科灵中南大学

学位级别：硕士

无铅焊点的蠕变特性是焊点可靠性问题中的研究热点，本文采用在线微电阻测量的方法，对Sn-3.5Ag焊点的剪切蠕变电阻应变进行了系统的研究。分别在建立等效裂纹生长与电阻应变关系模型、剪切蠕变测试系统软硬件实现、蠕变试验及电阻应变... 详细信息

无铅焊点的蠕变特性是焊点可靠性问题中的研究热点，本文采用在线微电阻测量的方法，对Sn-3.5Ag焊点的剪切蠕变电阻应变进行了系统的研究。分别在建立等效裂纹生长与电阻应变关系模型、剪切蠕变测试系统软硬件实现、蠕变试验及电阻应变机理探讨等4个方面取得了较有成效的进展。基于金属导电经典理论和Griffith断裂理论，建立起焊点等效裂纹与电阻应变之间的基本关系模型，为本文研究奠定了理论基础。利用四探针法在线测量微电阻技术，分别以Delphi和MCS-51系列单片机为平台开发了蠕变测试系统的软件和硬件系统。采用Origin对大量的焊点试样测试结果进行数学处理，得到的相关表格和曲线图表明：1)焊点寿命与最大电阻应变之间的关系比较复杂，其深层关系仍须进一步研究探讨;2)大部分的“电阻应变-时间”曲线反映了焊点的裂纹连续生长、蠕变失效过程，变化趋势与经典结果吻合，蠕变的各个阶段比较分明;3)对于小尺寸的Sn-3.5Ag焊点试样，相当部分的“电阻应变-时间”曲线具有明显的先下降后上升的现象。对电阻应变机理的探讨表明，微裂纹的扩展历程相对较长、电阻变化相对缓慢，因此蠕变的发展阶段反映在“电阻应变-时间”曲线上则呈现较长的线性阶段。当主裂纹通过扩展或互相连接导致焊点损伤变得很大时，电阻具有突变的性质，“电阻应变-时间”曲线急剧上升。由于空位转化为位错，使得点缺陷密度下降而造成某些“电阻应变-时间”曲线具有先下降后上升的现象。

关键词： Sn-3.5Ag焊点焊点可靠性四探针法微电阻测量剪切蠕变电阻应变

PoP（Package on Package）器件在电—热环境下的可靠性研究

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PoP（Package on Package）器件在电—热环境下的可靠性研究

作者：成俊华南理工大学

学位级别：硕士

随着消费电子的爆炸性增长,要求更小、更轻和更高性能的电子封装成为了必然趋势。因为PoP器件可以堆叠多种器件,所以它具有低成本和灵活的优势,成为解决以上挑战的很好选择。在PoP器件的实际使用中,影响其焊点可靠性的主要因素有两个:... 详细信息

随着消费电子的爆炸性增长,要求更小、更轻和更高性能的电子封装成为了必然趋势。因为PoP器件可以堆叠多种器件,所以它具有低成本和灵活的优势,成为解决以上挑战的很好选择。在PoP器件的实际使用中,影响其焊点可靠性的主要因素有两个:环境温度和工作电流。本论文正是基于这两个因素进行相关的实验设计,研究热应力和电应力的综合作用之下,PoP器件的可靠性问题。首先讨论了PoP器件的装配工艺,从焊料填涂的选择,元件对准贴装的方法和回流焊接温度曲线的设定三方面,选择适合本研究的PoP器件的装配工艺,并对装配得到的PoP器件进行相应的翘曲检测、空洞检测和焊接质量检测,验证该装配工艺的可行性,为本文的可靠性实验提供质量合格的样品。采用高温存储实验(125℃)设计,在老化过程中通过对焊球空洞的观察和对焊球金属间化合物(IMC)的微观结构分析,研究了热应力对PoP器件可靠性的影响。分析探讨了空洞和焊球IMC对PoP器件性能的影响,揭示了其退化的机理,结果表明空洞会在热应力作用下形成并增大,而IMC则随着老化时间的增加而不断增长。针对热应力和电应力综合作用对PoP器件的可靠性影响,本文从两个方面展开实验研究。通过加载不同的电流值,研究不同电应力强度对PoP可靠性的影响,揭示了大电流情况下,PoP器件的失效机理,并通过观察其导通电阻变化、空洞分布,得到电应力强度对器件性能的影响。分别对顶部封装和底部封装进行热、电综合应力的加载,研究综合应力下PoP器件的顶部封装和底部封装的可靠性问题,通过对实验结果的分析对比,得出底部封装焊点的器件端是PoP器件的关键失效点。

关键词： PoP器件装配工艺热应力电应力焊点可靠性