锡基无铅焊膏的制备及电子封装部件跌落失效研究

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随着便携式电子设备种类与功能的日益增加,以及电子产品轻、薄、小的发展趋势,对表面组装技术及封装部件的可靠性提出了越来越高的要求。针对保湿性能差、贮存期短等问题,对实验室自主研发的SnAgCu系无铅焊膏进行了成分和工艺优化及性能测试,并与商用焊膏进行比较。用经过改进的焊膏制备BGA板级封装部件,并对其进行跌落失效分析,探究了BGA封装部件在跌落冲击载荷下的失效模式与机理。  实验室自主研制的无铅焊膏存在容易变干的问题,其主要原因是助焊剂粘度较大、液相成分较少,在与钎料合金粉配制成焊膏时,由于钎料合金粉发生局部团聚,二者相互渗透缓慢。通过添加由醇C和蓖麻油按1∶1比例配制的复配添加剂,并改进助焊剂的配方和制备工艺,有效改善了焊膏的保湿和贮存性能,经过改进后,焊膏中各组分的质量分数为:钎料合金粉88.96%,助焊剂8.26%,复配添加剂2.78%,焊膏在室温下存放45天后仍未变干,且保形性、触变性良好。  对经过优化后的焊膏进行工艺性能测试,并与国产KDC焊膏和日本千住焊膏进行对比。结果表明:自制焊膏在粘度、抗塌陷性、润湿性和防飞溅性能等各方面均与商品焊膏相当。工艺适应性试验结果显示,自主研制的无铅焊膏具有良好的触变性、丝网印刷性和焊接效果,所形成的焊点饱满、缺陷少、对铜基板润湿性好。  用经过优化的无铅焊膏通过回流焊制备BGA板级封装部件,并进行PCB组件的跌落实验和失效分析。结果表明:BGA芯片失效时的平均跌落次数为34次,裂纹是导致PCB组件中焊球失效的主要原因,裂纹最容易在焊球两端β-Sn基体外侧产生,在IMC层中扩展。焊球顶部产生裂纹的主要原因是回流焊过程中由重力导致的局部钎料不足;焊球根部的裂纹主要是由间隙中残留的助焊剂导致的。裂纹的扩展路径由裂纹源的最初位置、方向及受到的应力情况等因素共同决定,且与焊盘和阻焊膜的相对位置有关。可以尝试从改进无铅焊膏和PCB板的制造工艺,改善PCB基板的材质等方面提高电子封装组件的可靠性。
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