bga封装焊接可靠性分析及无铅焊料选择的研究

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1、硕士专业学位论文论文题目BGA封装焊接可靠性分析及无铅焊料选择的研究研究生姓名黄敏指导教师姓名专业名称研究方向论文提交日期李文石集成电路基础封装可靠性2012年11月BGA封装焊接可靠性分析及无铅焊料选择的研究中文摘要BGA封装焊接可靠性分析及无铅焊料选择的研究中文摘要随着欧盟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(Bal

2、lGridArray)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

3、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

4、稳定。关键词：锡银铜；无铅焊料；剪力強度；焊点；金属间化合物作者：黄敏指导教师：李文石王利明IAbstractSolderingReliabilityStudyinBGAPackageandSolderMaterialSelectionSolderingReliabilityStudyandSolderMaterialSelectionAnalysisinBGAPackageAbstractWiththeimplementationofWEEEandROHSbytheEU,moreandmorePb-freemat

5、erialsandtechnologiescomeintothemarket.SnAgandSnAgCualloysbecomeverypopular,andwillcompletelyreplacethePbSnsolderalloys.Inthemeantime,thestrengthofthesolderabiltyplaysamoreandmoreimportantroleintheBGApackage.Researchtofindthekeyfactorswhichhavebiginfluenceonthequ

6、alityandreliabilityofthesolderjoints.AndalsotrytostudytheadvantagesanddisadvantagesofvariousofPb-freesolderalloyrecipesintermsofsolderability.Byusingthereliabilityandfailureanalysismethods:sheartest,pulltestandmetallographicanalysis,etc.,whichhavebeenalwaysimplem

7、entedinBGApackagestocollecttheexperimentdata,studythekeyfactorsandinter-relationshipswhichhaveinfluencesonthesolderability.ThecollapseofIMCisamajorreasonthatcausestheconnectionfailure.Inthesolderalloy,withthereductionofAg,theductibilityofmaterialsisenhanced,which

8、helpsabsorbinganddistributingthestressbetweensolderalloysandIMC.IntheSnAgCusolderalloy,whenthepercentageofCu<0.5%,theIMClayeriscomposedofboth(CuNi)6Sn5and(NiCu