其特點是:
●由于焊點的微細化,人手不可能直接接近,基本上屬于一種“無檢查工藝”。因此,必須要建立確保焊點接觸可靠性的保證系統(對制造系統的要求)。焊點內任何空洞、異物等都會成為影響接續可靠性的因素(對接合部構造的要求)。
●在再流過程中由于熱引起的BGA、CSP或PCB基板的變形翹曲均會導致焊點釬料空缺,并把大量殘留應力留金物理過程,以確保生成的金屬間化合物層(也稱合金層或IMC)的厚度和成分均在焊點可靠性要求的范圍之內。
●在已焊好的BGA、CSP球陣封裝的二級互連微焊接焊點中,為避免在應用過程中因IMC層厚度及金相組織發生變異,導致微焊點因可靠性蛻變而失效,研究和掌握其蛻變機理及其對策,對延長焊點的工作壽命有重大的現實意義。
●研究微焊點在各種惡劣環境中工作的可靠性問題及其加固措施。
●分門別類地深入研究各類芯片封裝的微焊點與PCB焊盤互連工藝的優化,及其對焊點可靠性的影響程度。
●研究組裝工作環境因素對微焊點可靠性影響的統計學規律。
●研究球陣封裝芯片二級互連焊盤的表面處理類型,對“微焊點”焊接質量及可靠性蛻變的誘導作用。
●焊盤設計:包括形狀、大小和掩膜界定,對于可制造性和可測試性(DFM/DFT),以及滿足制造成本和可靠性等方面的要求都是至關重要的。
●推進“微焊接工藝設計”。所謂“微焊接工藝設計”,就是用計算機模擬焊接接合部的可靠性設計,從而獲得實際生產線的可靠性管理措施和控制項目;對生產線可能發生的不良現象進行預測,從而求得預防不良現象發生原因。
●0201、01005元件的推出,蜂窩電話制造商就把它們與CSP一起組裝到電話中,PCB尺寸由此至少減小一半,間距可小至100μm。處理這類封裝相當麻煩,要減少后工藝缺陷(如橋接和立碑)的出現,焊盤尺寸優化和元器件間的間距是關鍵。
四、研究現代電子裝聯工藝可靠性的現實意義
電子組裝的可靠性依賴于各個元器件的可靠性,以及這些元器件界面間的力學、熱學及電學的可靠性。這些接觸界面,表面貼裝焊接層不但提供了電氣連接,還提供了電子元器件到PCB基板的機械連接,同時還有元器件嚴重發熱時的散熱功能。一個單獨的焊點很難說可靠還是不可靠,但是電子元器件通過焊點連接到PCB上時,這個焊點就變得唯一了,也就具有了可靠性的意義。
釬料中的晶粒結構本來就是不穩定的。SnPb釬料的重結晶溫度是在其共晶溫度之下的。晶粒尺寸隨著時間的增加而增大。晶粒結構的生長減少了細晶粒的內能。這種晶粒的增長過程是隨著溫度的升高及在循環載荷中輸入的應變能的增加而增強的。晶粒的生長過程到達某個特定點,便會顯露出累積疲勞損傷的跡象。這種跡象在對焊點進行加速試驗時,比焊點在工作環境中使用時表現得更為明顯。污染物,像鉛的氧化物及助焊劑殘留物,絕大多數滯留在晶粒的邊界處。隨著晶粒的生長,這些污染物的濃度在晶粒邊界處增長,因此會延緩晶粒的生長。當其消耗掉釬料約25%的疲勞壽命后,在晶粒邊界的交叉處就可以看到微空穴;當消耗掉約40%的疲勞壽命后,微空穴變成微裂痕;這些微裂痕相互聚結形成大裂痕,最后會導致整個焊點的斷裂。
焊點常常連接的是特性不相同的材料,導致整體熱膨脹不匹配。作為主要材料的釬料,在特性上與焊接結構材料有很大的不同,導致局部熱膨脹不匹配。熱膨脹不匹配的嚴重性以及由此造成的可靠性隱患,依賴于電子組裝工藝的設計參數和工作使用環境。當今國內外由制造因素導致的電子產品失效中,約有80%是出自焊接的質量問題。而在焊點的失效中,面陣列封裝器件(如BGA、CSP、FCOB等)焊點的失效又占整個焊接質量缺陷的80%左右。顯然解決面陣列封裝器件(如BGA、CSP、FC0B等)的焊點失效問題,是改善現代電子產品制造質量和工作可靠性的重中之重。根據樊融融編著的現代電子裝聯工藝可靠性改編。