BGA封装焊接可靠性分析及无铅焊料选择的研究

摘要

随着欧盟WEEE与RoHs指令的实施，市场涌现出各种无铅焊接材料和技术，研究趋势是无铅焊料中SnAg焊料与三元的SnAgCu焊料将取代PbSn焊料。微电子产业发展的趋势正朝着低成本、高I/O数目、高运算速度及较小元件尺寸的方向发展。BGA(Ball Grid Array)封装技术，是目前具有成本效益、高I/O数目的表面贴装封裝技术。BGA封裝基板上焊点以面矩阵排列方式，达到高密度平面接合的目的。焊点是BGA中相当重要的一环，焊点的强度对成品的良率及可靠性有着直接的影响。
　　实验研究BGA封装中影响焊接连接质量的关键因素，以及无铅焊料配方选择的各自利弊。目的是希望借此能够对生产厂家的生产工艺，原材料选择方面提供一些有益的帮助。
　　通过使用BGA封装中常用的可靠性分析及失效分析方法，例如剪力测试、拉力测试和金相分析等获取实验数据，基于Minitab软件归纳出影响焊接连接质量的各因素间的关系，以此对无铅焊料的选择提供依据。
　　结果显示：IMC（金属间化合物）的碎裂是产生“灰焊盘”的主要失效机理；焊球合金中，随着Ag的含量降低，可以增强焊球的延展性，从而有利于在焊球与IMC间很好地吸收和分散应力；当SnAgCu合金焊球中，Cu％<0.5%时，IMC层由上下两层(CuNi)6Sn5和(NiCu)3Sn4共同形成，它更易导致由外加应力引起的碎裂。
　　我们得到结论：影响焊球焊接连接质量的原因不一而足，它是一个复杂的系统，只有有效地找到封装内存在可靠性风险的最“虚弱”的位置，并对之加以控制，才能保证整个系统连接的稳定。

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第一章 绪 论

1.1 BGA焊球焊接结构图解

1.2 研究背景与问题提出

1.3 我们的工作与特点

第二章 BGA封装内在焊接可靠性分析

2.1 焊盘设计之尺寸比例（元器件/PCB）

2.2 基板焊盘表面金属化层

2.3 焊球合金

2.4 本章小结

第三章 SAC10X掺镍焊球焊接特性研究

3.1 单体焊球的分析

3.2 元器件上的焊接（焊球焊接至基板焊盘的情况）

3.3 PCB板上的焊接（焊球焊接至PCB板焊盘的情况）

3.4 本章小结

第四章 IC在基板不同位置焊球焊接强度差异的研究

4.1 焊接强度与位置关系的实验设计

4.2实验结果的Minitab软件数据分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢