关于BGA封装焊点可靠性及疲劳寿命的探讨

作者:高军; 刊名:电子测试 上传者:李海霞

【摘要】随着高密度电子技术的不断发展,BGA逐渐成为高I/O、多功能、高性能、高密度封装的最优选择。基于此,本文首先简单介绍了BGA封装,其次,从BGA焊接材料、BGA焊接性能、BGA焊接温度等方面论述了BGA封装焊点的可靠性,最后,从预测焊点疲劳寿命的方法、封装尺寸对疲劳寿命的影响、疲劳寿命常数的估计、Sn/Pb焊点振动下的疲劳寿命等方面入手,详细的探讨了BGA封装焊点的疲劳寿命。

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理论与算法2019.02 71 1 BGA 封装 随着现代微米技术、设备技术以及集成技术的广泛应用,芯片集成度也随之不断提高,这使得 I/O 引脚需求大幅度增加,且相应的功耗也越来越大,对集成电路进行封装的要求也更高。因此,为了满足现代社会发展的各类需求,科研人员提出了球栅阵列封装,也就是 BGA 封装。利用 BGA 技术对内存进行封装,在体积大小不变的情况下,物体内存容量可以提高到原来的 2-3 倍。BGA 与传统封装技术相比,有着更好的电性能、散热性能以及更小的体积。在利用 BGA 进行封装过程中,其 I/O 端子主要是以柱状或者是圆形依据阵列形式,依次分布在下面。 2 BGA 封装焊点的可靠性 2.1 BGA 焊接材料的可靠性 现阶段,市场中有很多 BGA 焊接材料在出售,通过对 BGA 焊接工艺和成本进行充分的考虑,确定 Sn/Pb 焊接材料的应用是最为合适的,常用的有 10Sn/90Pb、63Sn/37Pb。通常情况下,焊接材料中 Pb 越高,其熔点的温度也会越高。然而在集成混合电路内部的一些元器件在高温条件下,会出现损坏的现象,同时温度过高也会使应力变大、基板翘曲。一般而言,在工作温度小于等于 150°的产品中,使用的焊接材料为63Sn/37Pb,这种焊接材料主要应用与 BGA 植球工艺中,它的 熔点温度是 183℃。在此种情况下,选择这样的焊接材料可以最大限度的保证 BGA 焊点可靠性。 在选择 BGA 焊球材料过程中,若焊球熔点的温度比焊接温度要高,那么焊球不会参加内部化学反应。 此时只是焊盘上的焊膏与 Ag 和 Pd 进行反应,在反应之后,会形成一种或者是多种金属化合物。随后在焊接过程中,利用金属化合物对焊点进行电连接和机械连接,这种连接可以使焊点更加牢固 [1]。 2.2 BGA 焊接性能的可靠性 在 BGA 焊接工艺中,对焊点强度产生直接影响的是焊点形状,对焊点形状产生直接影响的是焊膏量。如果焊膏比较多时,非常容易出现焊锡飞溅和焊球桥连现象。其中在焊接过程中,焊锡飞溅比较棘手,产生这种现象的主要原因是焊剂排气造成的。在预热时,焊剂排气的作用力会逐渐超过焊膏内聚力,使焊膏形成一个个孤立的团粒。而在完成焊接之后,这些团粒会熔化,并附着在 Al2O3 陶瓷板或者是 BGA 焊球上。这些焊锡粒难以清洗,在振动之后,不仅成为多余物,还能够活动,从而造成电子产品内部出现断路现象。当添加的焊膏量比较少时,会出现 BGA 焊球与内部化学物质反应不完全现象,使得其连接不够充分。而为了使 BGA 的焊接性能更加可靠,在制作钢模板过程中,常会把印刷孔尺寸制作成为与之相匹配的焊盘面积 90%。这样可以最大限度的保证 BGA 焊 关于 BGA 封装焊点可靠性及疲劳寿命的探讨 高军 (上海民航职业技术学院,上海,200232) 摘要 :随着高密度电子技术的不断发展,BGA 逐渐成为高 I/O、多功能、高性能、高密度封装的最优选择。基于此,本文首先简单介绍了BGA封装,其次,从BGA焊接材料、BGA焊接性能、BGA焊接温度等方面论述了BGA封装焊点的可靠性,最后,从预测焊点疲劳寿命的方法、封装尺寸对疲劳寿命的影响、疲劳寿命常数的估计、Sn/Pb 焊点振动下的疲劳寿命等方面入手,详细的探讨了 BGA 封装焊点的疲劳寿命。 关键词 :BGA 封装焊点 ;可靠性 ;疲劳寿命 Discussion on Reliability and Fatigue Life of BGA Packaging Solder Joint Gao Jun (Shanghai Civ

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