1、封装可靠性评价流程
实施封装可靠性评价的基础是需求分析,分为器件结构本身和应用环境两个方面。这些需求包含电学适应性、力学适应性、热学适应性和电装工艺适应性等。评价流程可以分为两部分,一部分以计算机仿真分析为主要手段,结合封装的结构特点,模拟实际工作条件进行仿真分析;另一部分通过试验手段,对实物封装结构进行物理和环境适应性分析。
仿真分析以信号完整性分析为起始点,电性能是器件的基本要求,力学特性和热学特性则是可靠性要求。针对器件的结构模型进行力学特性和热学特性分析,两者可以串行或并行进行,甚至可以采用同一模型同时进行,完成三个方面的分析之后,综合分析得出结论。实物分析流程应对封装产品开展,选择具有代表性的样品。一般将样品分为两组,其中一组仅对样品本身封装进行分析,另一组则需要结合smt贴片装联后,产品在应用环境下(环境、机械)的可靠性进行分析。分析过程中两组样品在分析流程中的阶段性结果相互支撑,最终需要对两组样品的分析结果进行综合分析,给出评价结论,其典型分析流程如图1所示。
2、BGA封装器件可靠性评价方案
BGA封装可靠性的薄弱点为焊球、键合密度以及键合丝长度,以及芯片凸点的焊接(针对倒装芯片),典型整体结构如图2所示。另外,BGA封装器件的多条通道、电源以及地信号的完整性需要特别考虑,所以信号完整性分析是BGA封装仿真分析的重要内容。
图2BGA封装器件典型形貌
对于在smt贴片打样或加工生产中应用较广的塑封BGA封装器件,封装可靠性评价分为两个维度进行,首先器件级的评价,其次是对装联后的器件进行可靠性评价,试验项目可参考以下的BGA封装可靠性评价项目和BGA器件装联后可靠性评价项目的内容进行。如器件在制造和使用过程中,通常会承受多次热应力(如焊接、环境温度、功率工作等引起的热应力变化),温度变化会导致构成器件不同材料间产生于其热膨胀系数相对应的热膨冷缩,但由于受到外部限制或内部的变形协调要求而不能自由发生,在器件内部可能会产生额外应力,所以温度循环试验是评价装联后可靠性的重要试验项目,如标准IPC9701给出了不同的温度循环试验条件,并提供了采用菊花链结构进行试验的方法。下面众焱电子小编就来详细讲解一下的BGA封装可靠性评价项目和BGA器件装联后可靠性评价项目。
BGA封装可靠性评价项目:
1)外观检查
利用光学显微镜检查封装的质量,重点关注焊球形貌及焊球与器件封装之间界面的空洞和裂纹等是否存在缺陷。
2)焊球,拉脱/剪切
评价BGA器件的焊球工艺质量,必要时在环境应力后进一步评价焊球工艺质量。
3)x射线检查
利用3D-XAY的透视及三维成像功能,检查器件封装内部或焊接界面的空洞或裂纹。
4)声学扫描显微镜检查
检查器件塑封层、芯片顶部、芯片粘接层、基板焊盘等位置是否存在分层缺陷。
5)共面性检查
BGA器件焊接时对焊球共面性要求较高,焊球加工工艺与焊球表面共面性密切相关,如存在缺陷将导致器件在焊接时个别焊球与焊料接触不良,进而产生虚焊甚至开路等现象。共面性检查可以利用白光非接触式扫描对器件的焊球平面进行检查。
6)翘曲特性分析
评价封装体的翘曲程度,当器件经历回流焊接上的温度变换(升温后降温)过程中,各材料的热膨胀系数存在一定差异,封装材料与PCB基板等有机材料均会因温度的变化产生畸变,若畸变过大,将导致产品焊接不良。
7)剖面分析
在外观检查、x射线检测及声学扫描显微镜检查的基础上,对器件采取剖面制样分析,并结合光学显微镜、扫描电子显微镜对器件内部工艺和结构进行评价。
8)材料分析
对各个部位的材料及界面生成化合物等进行分析。
BGA器件装联后可靠性评价项目:
1)板级电测试分析
BGA器件焊接后,应确认电参数是否正常。包括所有焊球是否焊接良好,能否正常导通,是否出现了不相连的焊球异常短路的现象。
2)x射线检查
检查BGA焊球与PCB焊盘的对位是否准确,焊接区域是否合理,是否存在焊接空洞、裂纹等缺陷,焊料是否存在异常流淌等,以及焊接是否对器件内部造成了非预期损伤。
3)声学扫描显微镜检查
检查器件经过回流焊接或温度应力后,内部结构是否存在分层缺陷。
4)振动应力分析
对装联后的模块进行力学振动试验,试验后再次进行电测试及x射线检查,评价焊接的力学承受能力。
5)温度循环应力分析
对装联后的模块进行温度训话试验,试验后再次进行电测试及x射线检查,检查焊接对温度变化的适应能力。
7)剖面分析
对装联后的模块,按照垂直于焊接面的方向进行剖面固封制样,检查焊接界面是否产生了裂纹、空洞等缺陷,确认焊料金属互溶形态,是否形成良好的IMC。
8)染色渗透分析
将装联后的样品置于染料中,让染料渗入焊接缺陷之中,干燥后将焊点分离,然后通过检查缺陷处界面的染色面积及端面形貌,评价焊接质量。
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