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BGA焊点多次热循环断裂示意与剖析

作者:不朽情缘 2022-10-29 0

BGA的降生是为了迎合提升集成电路芯片的I/O接口的数目需求 ,已经在高密度封装大批量运用。和古板微电子封装手艺相较量 ,BGA是接纳合金焊料球替换引脚来实现信号传输 ,大大降低了电信号的传输消耗。不过高密度的集成也会带来更高的使用温度 ,对BGA的高温老化可靠性增添了挑战。在高温作用下 ,焊点内部将一连爆发热应力 ,导致疲劳累积 ,最后可能造成焊点断裂。

BGA焊点热循环测试

众所周知IMC的降生是无铅锡膏焊接无法阻止的。由于IMC在老化历程的生长是决议焊点可靠性的要害因素 ,因此需要知道热疲劳历程中的焊点微观结构转变 ,进而推算出IMC对BGA焊点可靠的影响。

在刚完成焊接时焊点结构细腻。在600次热循环后 ,Pb进一步扩散到了BGA中 ,并且Pb晶 W钕却只。别的 ,在完成1200次热循环后 ,在BGA-芯片一侧和BGA-PCB一侧都可以清晰地看到由Pb晶粒进一步粗化并积累形成网络结构。

BGA焊点老化测试.png

在热循环3200次后 ,BGA-芯片一侧大致分为了Ni区 ,IMC(Cu,Ni)6Sn5区 ,Sn区 ?梢允硬斓絊n区泛起了晶粒粗化和再结晶征象。(Cu,Ni)6Sn5区则是泛起了一定水平的位错。另外 ,在BGA-PCB一侧可以看到AC区和BC区的界面泛起了较长的裂纹 ,并沿着的晶界向外扩展 ,形成穿晶裂纹。这为焊点毗连处断裂的泛起带来隐患;箍梢钥吹接衅勇男纬。在朴陋和裂纹的配相助用下 ,该区域受到应力时将更容易泛起断裂。别的 ,BGA-PCB一侧的D区会有晶粒错位。

热循环3200的BGA焊点

焊点断裂剖析

无铅焊料BGA焊点 ,焊料层和焊盘等质料的热膨胀系数不匹配是焊点热老化失效的主要诱因。当元器件使用历程中爆发热应力 ,原质料的膨胀促使焊点内部和表层泛起应力并逐步积累。Sn晶粒再结晶和(Cu,Ni)6Sn5的位错能释放部分应力。(Cu,Ni)6Sn5倾向扩散到芯片焊盘的Ni层并形成网格结构 ,也可以释放应力 ?梢灾赖氖荖i层起到抑制原子扩散的作用 ,减缓IMC生长 ,从而减缓断裂失效速率。而BGA-PCB界面处没有Ni层的阻隔 ,Cu6Sn5生长速率更快 ,在应力作用下会泛起穿晶裂痕。

BGA植球焊接

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