Transcription

1

2

3

4

5

6

7 内 地 地 区,

8

9

10

11 2012 PERIOD: July, 2012 VENUE:Shenzhen Convention & Exhibition Center,China SPONSORS Chinese Institute of Electronics(CIE) Shenzhen Optics and Optoelectronics Manufactures Association Shenzhen Dowell Exhibition Co.,Ltd. CO-ORGANIZERS Taiwan Electronic Connectors Association Electronic Technology Co.,Ltd. ORGANIZER Shenzhen Dowell Exhibition Co.,Ltd. SUPPORTING MEDIA Special Exhibition Areas A.Automative electronics,mobile electronics area ; B.Touch screen exhibition area,screen printing equipment exhibition area; C.Wiring harness equipment,cables,connectors and switches exhibition area; D.Die cutting industry,viscose and diaphragm exhibition area dex@ad555.com O r g a n izing Co m m itt e e S h e n z h e n Do w e ll Ex h ibition Co., Lt d Co n t a c t Pe r s o n : Mr. Z h a n g Sh e n z h e n Of f ice E- m a il d e a d c o m

12 目前已经翻译成中文的版本 本指南共30页 尺寸为14.0 cm 21.5 cm 且用螺旋线装订方便 检验人员和操作人员快速地对三种 级别产品的焊点做出正确的验收决 定 可作为课堂培训的实用辅助教 材 也可放置在车间中供操作员参 阅 本指南提供了元器件 镀覆孔 孔壁以及焊料剖切图的彩色电脑绘 图 每张插图清晰地图示了如焊盘 覆盖性 垂直填充 引线 焊盘及 孔壁的润湿性以及接触角的最低可 接受性要求 还提供了锡铅和无铅 焊接连接的主要焊接缺陷的高清晰 彩色显微照片 如不润湿 腐蚀 锡尖 开裂 引线突出以及受扰焊 点 对于每个验收要求 它引用和 参考了来自IPC-A-610E和 J-STD-001E的相应规范和参考章 节 以便于进行进一步的验证 另 外 还标注出了每个E版本与D版本 的不同之处 可以便于检验人员和 操作人员了解新的要求 表面贴装焊点评估-培训及参考指南手册 会员特价 223 标准报价 330 本指南共38页 尺寸为14.0 cm 21.5 cm 且用螺旋线装订方便检验人员和操作 人员快速地对三种级别产品的焊点做出正 确的验收判断 它可作为课堂培训的实用 辅助教材 也可放置在车间中供操作员参 阅 本指南提供了片式元器件 鸥翼型及J 型引线焊点的彩色电脑绘图 每张插图都 清晰地图示了每种元器件的焊点偏移的最 低可接受条件 以及详细描述了所有元器 件焊点的最大/最小尺寸 包括填充高度 和长度 还提供了锡铅和无铅焊接连接的 主要焊接缺陷的高清晰彩色显微照片 如 不润湿 焊料桥连以及受扰的焊点 对于 每个验收要求 它引用和参考了来自 IPC-A-610E和J-STD-001E的相应规范 和参考章节 以便于进行进一步的验证 另外 还标注出了每个E版本与D版本的 不同之处 可以便于检验人员和操作人员 了解新的要求 通孔焊点评估-培训与参考指南 会员特价 223 标准报价 330 尚在翻译中的版本 元器件识别培训及参考指南手册可用于员工培 训和快速查阅 本手册涵盖了元器件识别的综合知 识 包括50多种当今电子组装常用的通孔和表面贴 装元器件的彩色图片 计算机绘图 电路原理图符 号及其详细说明 可作为电子组装操作人员及检验 人员的参考工具书 H版本更新了SSOP TSOP QFP LQFP PQFP LCC QFN和BGA封装的信息 包括根据 这些封装演变而来的所有封装的信息 新增的元器 件包括DFN 多排QFN PoP 堆叠封装 CSP 芯片尺寸封装 COB 板上芯片直装 裸芯片和倒装芯片 同时新增了一节 强调了采用 无铅元器件和组件时容易发生的交叉污染风险 本手册术语部分可快速查找元器件的极性 朝 向 引线类型及元器件标识符 CRDs 元器件 值的读取章节提供了彩色的电阻及电感色环图 以 及电容图 本手册共73页 批量购买可享受优惠 本培训和参考指南手册根据A版本的 IPC/WHMA-A-620扩增到了59页 阐明了线 缆及线束组件的关键验收标准 DRM-WHA-A向线束组装人员 压接操 作人员甚至质检人员讲解了所有基本的验收标 准 本手册可帮助解释有关线缆线束可接受性 工业标准 IPC/WHMA-A-620中最重要要求 的有效工具 它采用了简单易懂的计算机绘图 和适合于大多数基础生产线上员工的语言 以 贵公司确保产品达到行业标准的要求 DRM-WHA包含了 导线种类 线规 绝 缘皮的去除 导线上锡 接线柱及接头类型 同轴线缆 IPC产品分类和验收标准 导线的准 备 股线和绝缘皮的损伤 导体变形 开口和 闭口连接筒的压接规定及要求 压接变形 料 带残耳 小孔 绝缘皮支撑压接 检查窗 钟 形压口 导体压接要求 导体刷 闭口连接筒 压接 压接后绝缘皮的损伤 带状线缆 分立 导线 焊锡杯和一些线束线缆相关术语的词汇 表 批量购买可享受优惠 线缆及线束组件培训及参考指南手册 元器件识别培训及参考指南手册 本手册可作为新员工 操作人员 销售人 员 采购 人力资源 行政人员 学生及任何 想了解通孔和表面组装基本工艺过程的技术人 员的学习资料 本手册共32页 全彩色 螺旋 线装订 尺寸为12.7 cm 20.3 cm 向初学者 介绍了电子组装 DRM-53包括了70多张彩色 照片及计算机绘图 通过简单易懂的术语 清 晰地解析了电子组装技术 在书尾的词汇表中 给出了关键术语的定义 以便于读者使用 本 手册还介绍了电子组装在电子行业中所起的作 用 书中的每个部分都包含了可参考的培训项 目和工业规范 这些培训项目和工业规范可提 供更多更详细的信息 学员可根据自己的实际 情况选择阅读 学习术语 了解概况 这本简 易手册的所有内容 批量购买可享受优惠 DRM 系列手册具备以下优点 体积小 携带方便 描述准确 计算机绘图与真图相结合 一目了然 生产线上的及时宝典 有效提高员工工作效率 减少误操作 电子组装简介-培训及参考指南手册 国际电子联接协会 上海办公室 骆佳洁 Candy Luo 电话 *610 邮箱 传真 手机 深圳办公室 张严方 Yanfang Zhang 电话 邮箱 传真 手机 北京办公室 王颖乐 Tyler Wang 电话 邮箱 传真 手机 成都办公室 李东卫 Dongwei Li 电话 邮箱 传真 手机 苏州办公室 蒋健 Gene Jiang 电话 邮箱 传真 手机

13

14

15 CEMAC2012 免 费 聚 焦 电 子 制 造 业 的 专 业 视 角 理 念 工 具 和 解 决 方 案! 发 展 趋 势 / 先 进 技 术 / 低 碳 环 保 / 新 材 料 / 运 营 模 式 活 动 时 间 :2012 年 4 月 25 日 -26 日 活 动 地 点 : 上 海 光 大 会 展 中 心 国 际 酒 店 举 行 活 动 内 容 : 主 题 研 讨 会 专 题 讲 座 设 计 师 沙 龙 表 面 贴 装 设 备 供 应 商 理 事 会 会 议 (SMEMA 会 议 ) 若 您 有 意 演 讲 或 报 名 听 讲, 请 咨 询 IPC China 工 业 项 目 部 Sean 或 市 场 部 Jessie 联 系 方 式 : SeanShen@ipc.org; JessieGUO@ipc.org 欲 了 解 活 动 详 情, 请 登 陆

16 直击目标 中国电子制造行 业规模最大及历 史最悠久的贸易 和采购平台之一 造 制 子 电 PC NE O N 行 业 扩 大 市 场份 伴 额及 作伙 获取贸 合 易商机的领先 Ch ina 2012 览馆 2012年 展 博 4月25-~27日 上海世 主办单位 第二十二届中国国际电子生产设备暨微电子工业展 参展事宜 请联络 李萍 pam_lee@163.com 参观事宜 请联络 崔磊 cl_ccpit@163.com

17 环 境 m 2

18 IPC 2012 年 3 月 认 证 课 程 公 开 班 日 程 安 排 Schedule of IPC Certification Programs for open class In Mar S/N Training Date 培 训 日 期 Name of Certification Program 认 证 课 程 名 称 Class Size Venue (Student) 培 训 班 级 规 模 地 点 ( 学 员 数 ) Language 授 课 语 言 CIT Price CIS Price (RMB/Student) (RMB/Student) IPC MIT CIT 价 格 ( 元 / 人 ) CIS 价 格 ( 元 / 人 ) Liaison IPC 讲 师 Non Non 联 系 人 Member Member Member Member 会 员 会 员 非 会 员 非 会 员 1 3 月 6 日 -9 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 赵 松 涛 candy 2 3 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 上 海 4~15 人 中 文 赵 文 彬 candy 3 3 月 19 日 -23 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 上 海 3~12 人 中 文 赵 文 彬 candy 4 3 月 26 日 -30 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公 开 班 上 海 3~12 人 中 文 赵 松 涛 candy 5 3 月 5 日 -9 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公 开 班 深 圳 3~12 人 中 文 赵 松 涛 张 严 方 6 3 月 13 日 -16 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 中 文 赵 松 涛 张 严 方 7 3 月 20 日 -23 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公 开 班 深 圳 4~15 人 中 文 赵 松 涛 张 严 方 8 3 月 26 日 -30 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 深 圳 3~12 人 中 文 赵 松 涛 张 严 方 9 3 月 5 日 -9 日 IPC-7711/21B CIT/CIS 公 开 班 北 京 3~12 人 中 文 赵 洪 利 Tyler 10 3 月 19 日 -22 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 北 京 4~15 人 中 文 赵 洪 利 Tyler 11 3 月 28 日 -30 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 北 京 4~15 人 中 文 赵 洪 利 Tyler 8 3 月 13 日 -15 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 武 汉 4~15 人 中 文 待 定 凌 凯 9 3 月 26 日 -29 日 IPC-A-620A CIT/CIS 公 开 班 武 汉 4~15 人 中 文 待 定 凌 凯 10 3 月 6 日 -8 日 IPC-A-600H CIT/CIS 公 开 班 苏 州 4~15 人 中 文 待 定 Gene 11 3 月 19 日 -23 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 苏 州 3~12 人 中 文 待 定 Gene 12 3 月 5 日 -9 日 IPC-J-STD-001E CIT/CIS 公 开 班 成 都 3~12 人 中 文 待 定 李 东 卫 13 3 月 12 日 -16 日 IPC-7711/21 CIT/CIS 公 开 班 成 都 3~12 人 中 文 待 定 李 东 卫 14 3 月 20 日 -23 日 IPC-A-610E CIT/CIS 公 开 班 成 都 4~15 人 中 文 待 定 李 东 卫 注 : 1. 以 上 安 排 以 IPC 最 后 通 知 为 准 2. 各 课 程 CIS/CIT 内 训 : 根 据 客 户 需 求 议 定 3. 请 向 联 系 人 索 取 课 程 简 介 培 训 资 料 和 课 程 大 纲 4. 请 直 接 回 复 邮 件 索 取 报 名 表 5. 付 款 方 式 : 预 付 6. 培 训 地 址 : 深 圳 : 深 圳 市 南 山 区 高 新 科 技 园 区 科 技 南 12 路, 方 大 大 厦 1807 室 上 海 : 上 海 市 谈 家 渡 路 28 号 盛 泉 大 厦 16AB 北 京 : 北 京 市 经 济 技 术 开 发 区 宏 达 北 路 18 号, 大 地 国 际 大 厦 407A 7. 联 系 方 式 : 张 严 方 :zhangyf@ipc.org Tel: Mobile: Candy:CandyLUO@ipc.org Tel: Mobile: Tyler:tylerwang@ipc.org Tel: Mobile: 凌 凯 :KaneLing@ipc.org Mobile: Tina:tliang@ipc.org Mobile:

19

20

21

22 IPC 中 国 2012 年 度 技 术 研 讨 会 论 文 征 集 开 始 了! 2012 年 是 IPC 中 国 成 立 十 周 年, 也 将 是 IPC 中 国 发 展 的 一 个 新 的 起 点 除 了 每 年 在 上 海 举 办 的 中 国 电 子 工 业 制 造 年 会 -CEMAC(5 月 份 ) 和 深 圳 举 办 的 WorksAsia(10 月 份 ) 大 型 技 术 活 动 周 之 外, 还 将 在 北 京 青 岛 西 安 成 都 武 汉 苏 州 等 电 子 行 业 积 聚 地 巡 回 举 办 技 术 研 讨 会, 以 期 近 距 离 为 遍 及 全 国 各 地 的 电 子 企 业 及 电 子 行 业 从 业 者 提 供 更 便 捷 的 服 务 所 有 技 术 研 讨 会 将 会 借 助 当 地 同 期 举 办 的 展 会, 并 同 期 举 行 IPC 中 国 十 周 年 庆 典 IPC 特 邀 您 和 贵 公 司 参 加 2012 年 全 年 的 技 术 研 讨 会 论 文 征 集 活 动, 欢 迎 业 界 朋 友 们 踊 跃 投 稿, 在 IPC 这 个 开 放 分 享 共 同 提 高 的 电 子 制 造 业 服 务 平 台 上 与 广 大 电 子 企 业 和 从 业 人 员 分 享 贵 公 司 的 技 术 与 经 验 2012 年 技 术 研 讨 会 上 的 议 题 将 涉 及 时 下 行 业 中 最 热 门 的 高 新 技 术 设 计 材 料 组 装 工 艺 设 备 和 环 境 等 方 面 的 内 容 论 文 议 题 涵 盖 ( 但 不 限 于 ) 如 下 : 先 进 技 术 光 伏 技 术 纳 米 技 术 光 电 技 术 RFID 电 路 系 统 微 小 型 工 艺 面 阵 列 / 倒 装 技 术 /0201 经 营 及 供 应 链 问 题 工 厂 自 动 化 合 同 制 造 山 寨 电 子 产 品 供 应 链 管 理 环 境 问 题 PCB 制 造 和 组 装 工 艺 挠 性 电 路 嵌 入 式 有 源 / 无 源 元 器 件 封 装 与 元 器 件 BGA 封 装 性 能 质 量 和 可 靠 性 黑 焊 盘 PCB 仓 储 与 处 理 焊 接 测 试 检 测 和 AOI 技 术 锡 须 封 孔 和 其 他 保 护 措 施 印 制 电 子 的 返 工 与 维 修 HDI 技 术 高 速 高 频 & 信 号 保 真 电 迁 移 表 面 处 理 无 铅 制 造 组 装 与 可 靠 性 如 果 您 有 兴 趣 在 论 坛 上 演 讲 或 者 独 立 组 织 一 个 讲 座, 请 将 论 文 摘 要 或 讲 座 介 绍 个 人 简 介 和 完 整 的 联 系 信 息 发 送 给 IPC China 市 场 部 : 郭 记 松 jessieguo@ipc.org;Tel: *601;Fax:

23

24 工 业 和 信 息 化 部 精 品 期 刊 山 西 省 一 级 期 刊 中 文 核 心 期 刊 中 国 科 技 论 文 统 计 源 期 刊 中 国 学 术 期 刊 综 合 评 价 数 据 库 来 源 期 刊 中 国 期 刊 网 中 国 学 术 期 刊 ( 光 盘 版 ) 期 刊 1980 年 创 刊 双 月 刊 国 内 外 发 行 第 33 卷 第 2 期 ( 总 第 232 期 ) 主 管 : 中 华 人 民 共 和 国 工 业 和 信 息 化 部 主 办 : 中 国 电 子 科 技 集 团 公 司 第 二 研 究 所 编 辑 出 版 : 电 子 工 艺 技 术 编 辑 部 目 次 支 持 单 位 : IPC- 国 际 电 子 工 业 联 接 协 会 国 内 发 行 : 山 西 省 邮 政 报 刊 发 行 局 主 编 : 景 璀 副 主 编 : 彭 丽 霞 通 信 地 址 : 太 原 市 115 信 箱 (030024) 上 海 市 谈 家 渡 路 28 号 盛 泉 大 厦 16AB (200063) 电 话 : 传 真 : 电 子 信 箱 :bjb3813@126.com MaryLI@ipc.org 网 址 : technology_magazines.asp 执 行 主 编 : 吕 淑 珍 广 告 编 辑 : 李 桂 云 美 术 编 辑 : 季 伟 健 综 述 无 铅 BGA 枕 头 缺 陷 的 研 究 BGA 器 件 ZX2101 回 流 过 程 有 限 元 模 拟 微 组 装 SMT PCB 非 醇 醚 类 助 焊 剂 及 其 焊 膏 的 研 究 不 同 加 载 速 率 对 SAC/Cu 焊 点 剪 切 强 度 的 影 响 无 铅 手 工 焊 接 工 艺 研 究 有 铅 和 无 铅 BGA 混 装 工 艺 研 究 无 铅 BGA 返 修 工 艺 方 法 氧 化 膜 强 化 技 术 在 钽 电 容 器 生 产 中 的 应 用 双 面 PSD 器 件 的 工 艺 研 究 离 心 清 洗 设 备 的 研 制 LTCC 电 路 基 板 上 金 丝 热 超 声 楔 焊 正 交 试 验 分 析 新 工 艺 新 技 术 深 槽 LIP 太 阳 能 电 池 栅 线 电 极 技 术 多 晶 硅 定 向 凝 固 工 艺 中 石 墨 加 热 器 的 影 响 侯 昌 锦, 王 会 芬, 吴 金 昌, 等 (63) 陈 一 豪, 刘 哲, 付 红 志, 等 (67) 白 融, 赵 麦 群, 范 欢 (71) 杨 文 宣, 王 丽 凤 (75) 毛 书 勤, 葛 兵, 李 静 秋 (79) 吴 军 (82) 张 伟, 孙 守 红, 石 宝 松 (86) 焦 红 忠, 董 宁 利, 孙 红 杰 (90) 汪 继 芳, 刘 善 喜, 简 崇 玺 (93) 何 英, 岳 军 (96) 金 家 富, 胡 骏 (99) 欧 萌, 赵 晓 明 (102) 戴 鑫, 杜 海 文, 张 军 彦, 等 (106) 国 际 标 准 连 续 出 版 号 :ISSN 中 国 标 准 连 续 出 版 号 :CN /TN 太 阳 能 硅 片 丝 印 机 视 觉 定 位 系 统 锗 抛 光 片 干 燥 技 术 研 究 魏 海 滨, 朱 跃 红, 郎 鹏, 等 (110) 戚 红 英, 王 云 彪 (114) 国 际 刊 名 代 码 :CODEN DGJIEE 国 内 邮 发 代 号 :22-52 国 外 发 行 代 号 :BM 4439 国 内 期 定 价 :12.00 元 出 版 日 期 :2012 年 3 月 18 日 印 刷 : 山 西 新 华 印 业 有 限 公 司 商 标 注 册 证 : 第 号 广 告 经 营 许 可 证 : 不 锈 钢 半 球 形 零 件 的 引 伸 模 设 计 与 研 究 SMT 论 坛 冷 却 速 率 对 无 铅 再 流 焊 焊 点 质 量 的 影 响 ( 续 完 ) 行 业 信 息 其 他 IPC 国 际 电 子 工 业 联 接 协 会 活 动 信 息 IPC-T-50H 电 子 电 路 互 连 与 封 装 术 语 及 定 义 ( 连 载 ) 广 告 索 引 表 冯 红 玲, 邵 (118) 史 建 卫 (121) (A1) (A28) [ 期 刊 基 本 参 数 ] CN /TN*1980*b*A4*64*Zh*P 12.00*8000*17* 国 内 总 发 行 : 太 原 市 邮 政 局 订 阅 零 售 : 全 国 各 地 邮 局 国 外 总 发 行 : 中 国 国 际 图 书 贸 易 总 公 司 ( 北 京 339 信 箱 )

25 Competent Authorities: Ministry of Industry and Information Technology of the People's Republic of China Sponsored by: China electroniacs technology group corporation the second research institute ELECTRONICS PROCESS TECHNOLOGY Initial Issue 1980 Bimonthly Vol.33 No.2 (Published March 2012) Total No.232 Edited and Published by: Editorial Office of Electronics Process Technology Editor in-chief : JING Cui Associate Editor in-chief: PENG Li-xia Executive Editor: Lü Shu-zhen Address: P.O.Box 115, Taiyuan China Suite 16AB, #28 Tan Jiadu Rd., Shanghai ( ) Tel: Fax: bjb3813@126.com MaryLi@ipc.org Number of Series: ISSN CN /TN Oversea Post Code: Bm 4439 International Circulation: China International Book Trading Corporation Address: P.O.Box 399,Beijing China. Post Code: CONTENTS Technical Review Study on Head-in-Pillow Defect for Lead Free BGA HOU Chang-jin WANG Hui-fen, WU Jin-chang, et al(63) Finite Element Modeling of Reflow Process for BGA ZX2101 CHEN Yi-hao1, LIU Zhe, FU Hong-zhi, et al(67) Micro-assembly Technology SMT PCB Study on Ethylene Glycol Ether Free Flux and Solder Paste BAI Rong, ZHAO Mai-qun, FAN Huan(71) Effect of Different Loading Rate on Shear Strength of SAC/Cu Solder Joints YANG Wen-xuan, WANG Li-feng(75) Research on Lead-free Bonding Technology by Hand MAO Shu-qin, GE Bing, LI Jing-qiu(79) Assembly Technology of BGA with Lead and Lead-free Materials WU Jun(82) Lead-free BGA Rework Process ZANG Wei, SUN Shou-hong, SHI Bao-song(86) Application of Reinforced Oxide Film for Tantalum Capacitors JIAO Hong-zhong, DONG Ning-li, SUN Hong-jie(90) Research of Double-side PSD Technology WANG Ji-fang, LIU Shan-xi, JIAN Chong-xi(93) Development of Centrifugal Cleaning Machine HE Ying, YUE Jun(96) Analysis of Orthogonal Test for Thermo-sonic Wedge Bonding on LTCC Circuit Board JIN Jia-fu, HU Jun(99) New Technology & Techniques Technology of High Aspect Ratio on Silicon Solar Cell Grid by LIP OU Meng, ZHAO Xiao-ming(102) Effect of Graphite Heater During Directional Solidification Process for Multi-crystalline Silicon Ingot DAI Xin, DU Hai-wen, ZHANG Jun-yan, et al(106) Vision Alignment System of Solar Cell Screen Printing Machine WEI Hai-bin, ZHU Yue-hong, LANG Peng, et al(110) Research of Dry Technology of Germanium Polished Wafers QI hong-ying, WANG Yun-biao(114) Design and Research on Drawing Dies for Hemispherical Parts of Stainless Steel FENG Hong-ling, SHAO Zhe(118) Electronics Assembly Technology Forum Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality In Lead-free Reflow Soldering (The end) SHI Jian-wei(121) Industry Information Other Industry News IPC-T-50H(published in installments (A1) (A28) 国 内 总 发 行 : 太 原 市 邮 政 局 订 阅 零 售 : 全 国 各 地 邮 局 国 外 总 发 行 : 中 国 国 际 图 书 贸 易 总 公 司 ( 北 京 339 信 箱 )

26 电 子 工 艺 技 术 2012 年 3 月 第 33 卷 第 2 期 Electronics Process Technology 63 综 述 无 铅 BGA 枕 头 缺 陷 的 研 究 侯 昌 锦 1,2, 王 会 芬 2, 吴 金 昌 2 1, 张 亚 非 (1. 上 海 交 通 大 学 微 纳 科 学 技 术 研 究 院, 上 海 ; 2. 广 达 上 海 制 造 城 表 面 贴 装 技 术 实 验 室, 上 海 ) 摘 要 :BGA 枕 头 焊 点 的 锡 膏 和 锡 球 完 全 没 有 融 合 成 为 一 体, 倒 过 来 看 就 像 头 压 在 枕 头 上 面 介 绍 了 四 种 有 效 的 检 测 方 法 从 设 计 材 料 和 工 艺 三 方 面 分 析 了 枕 头 缺 陷 的 潜 在 影 响 因 素 选 取 PCB 玻 璃 态 转 化 温 度 钢 网 厚 度 BGA 贴 装 偏 移 量 和 回 流 焊 炉 链 条 速 度 四 个 因 素 进 行 两 水 平 全 因 子 实 验 设 计, 在 成 功 复 制 枕 头 缺 陷 的 基 础 上, 分 析 了 各 因 素 的 影 响 作 用, 得 出 了 链 条 速 度 是 最 显 著 的 影 响 因 素 关 键 词 :BGA 焊 点 ; 枕 头 缺 陷 ;DOE 实 验 设 计 中 图 分 类 号 :TN605 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2012) Study on Head-in-Pillow Defect for Lead Free BGA HOU Chang-jin 1,2 WANG Hui-fen 2, WU Jin-chang 2, ZHANG Ya-fei 1 (1. Research Institute of Micro/Nano Science and Technology, Shanghai Jiao Tong University, shanghai , China; 2. SMT Lab of Quanta Shanghai Manufacture City, Shanghai , China) Abstract: Solder paste and solder ball are not completely fused into one BGA head-in-pillow, Upside down as head on a pillow. Four effective methods for observing are introduced. And analyze the potential factors of this defect from design, materials and process. Then select PCB θ g point, stencil thickness, BGA mounting deviant and reflow chain speed as four factors to DOE. After successfully copy the head-in-pillow defect, discuss the effect of all factors. Finally find that the chain speed is the most significant one. Key words: Lead free BGA solder joint; Head-in-Pillow defect; DOE Document Code: A Article ID: (2012) 近 年 来, 随 着 人 类 环 保 意 识 的 增 强 以 及 RoHS 法 规 的 实 施, 电 子 产 品 无 铅 化 已 经 越 来 越 普 遍 在 SMT 领 域, 传 统 Sn63Pb37 焊 料 的 熔 点 是 183, 现 在 普 遍 应 用 的 无 铅 SAC305 焊 料 的 熔 点 是 217, 回 流 焊 接 温 度 提 高 了 许 多 为 了 满 足 市 场 需 求, 电 子 产 品 的 功 能 越 来 越 强, 特 别 是 消 费 类 电 子 产 品, 相 应 地, 高 集 成 度 的 BGA 元 件 的 使 用 越 来 越 多 ; 另 外, 产 品 越 来 越 薄, 要 求 PCB 和 BGA 元 件 也 变 得 越 来 越 薄 [1] 随 着 上 述 情 况 的 变 化, 一 种 称 之 为 枕 头 缺 陷 (Head-in-Pillow,HiP) 的 焊 点 缺 陷 在 BGA 元 件 上 显 著 增 加 了 图 1 是 三 种 焊 点 的 微 切 片 金 相 图, 通 过 比 较 可 以 发 现 枕 头 焊 点 的 显 著 形 状 特 征 (1) 枕 头 焊 点 (2) 半 枕 头 焊 点 (3) 正 常 焊 点 图 1 三 种 焊 点 比 较 枕 头 焊 点 的 锡 膏 和 锡 球 完 全 没 有 融 合 成 为 一 体, 倒 过 来 看 就 像 头 压 在 枕 头 上 面 半 枕 头 焊 点 的 作 者 简 介 : 候 昌 锦 (1984- ), 男, 硕 士, 主 要 从 事 表 面 贴 装 技 术 方 面 的 研 究 工 作 张 亚 非 (1955- ), 男, 教 授, 博 士 生 导 师, 长 期 从 事 凝 聚 态 物 理 方 向 的 研 究 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 项 目 编 号 : ); 上 海 市 科 技 项 目 ( 项 目 编 号 :09JC ,1052nm02000)

27 64 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 锡 膏 和 锡 球, 虽 然 有 部 分 连 接, 但 是 没 有 完 全 融 合 在 一 起 正 常 焊 点 的 锡 膏 和 锡 球 完 全 融 合 在 一 起, 焊 点 的 轮 廓 是 一 条 光 滑 的 弧 形 如 今,BGA 焊 点 枕 头 缺 陷 吸 引 了 学 者 们 的 普 遍 关 注 和 广 泛 研 究 [2] [3], 主 要 从 实 际 案 例 和 形 成 机 理 等 方 面 来 分 析 枕 头 缺 陷 的 潜 在 影 响 因 素 和 研 究 抑 制 枕 头 缺 陷 的 措 施 但 是 本 文 从 反 方 向 着 手, 通 过 DOE 设 计, 在 成 功 模 拟 复 制 枕 头 缺 陷 的 基 础 上, 来 分 辨 各 种 因 素 的 影 响 作 用 (1) 侧 面 观 察 法 (2) X 射 线 透 视 法 1 枕 头 缺 陷 的 检 测 方 法 在 生 产 过 程 中, 经 过 SMT 回 流 焊 接 后, 枕 头 缺 陷 的 焊 点 在 测 试 治 具 的 压 力 作 用 下,PCBA 一 般 能 够 通 过 ICT 或 者 功 能 测 试 而 不 能 及 时 发 现 缺 陷, 部 分 会 在 组 装 成 整 机 后 测 试 不 通 过, 再 剩 下 部 分 会 在 运 输 过 程 和 使 用 过 程 出 现 失 效, 造 成 重 大 损 失 因 此, 枕 头 缺 陷 的 及 时 发 现 是 一 项 重 要 的 检 测 工 作 在 实 验 室 中, 枕 头 缺 陷 的 检 测 原 则 是 先 采 用 非 破 坏 性 分 析 方 法, 然 后 再 利 用 破 坏 性 分 析 方 法 根 据 实 际 工 作 的 实 践 和 总 结, 枕 头 缺 陷 的 有 效 检 测 方 法 主 要 有 四 种 : (1) 侧 面 观 察 法, 利 用 镜 头 可 旋 转 的 数 码 显 微 镜 ( 如 KEYENCE VHX-600E) 或 在 立 体 显 微 镜 ( 如 Olympus SZX12) 下 侧 立 PCBA 进 行 直 接 观 察 该 方 法 的 优 势 一 方 面 可 以 直 观 地 看 到 枕 头 焊 点, 另 一 方 面 属 于 一 种 非 破 坏 性 检 测 方 法 缺 点 则 是 只 能 观 察 到 最 外 围 的 焊 点, 且 由 于 周 边 元 件 的 影 响, 不 太 适 用 于 观 察 位 于 PCBA 中 央 位 置 的 BGA (2)X 射 线 透 视 法, 通 过 旋 转 X 射 线 透 视 系 统 ( 如 Dage XD7600NT ) 的 影 像 接 收 器 的 角 度, 并 在 高 倍 率 的 放 大 情 况 下 进 行 观 察 该 方 法 亦 属 于 非 破 坏 性 检 测, 但 是 需 要 有 丰 富 的 经 验 才 能 分 辨 出 枕 头 缺 陷 (3) 微 切 片 分 析 法, 通 过 金 相 显 微 镜 来 观 察 该 方 法 可 以 非 常 直 观 地 观 察 到 枕 头 缺 陷, 并 且 通 过 分 析 焊 点 形 态 及 界 面 的 结 构 有 助 于 帮 助 我 们 找 到 形 成 该 缺 陷 的 原 因 但 是 该 方 法 属 于 破 坏 性 检 测, 整 个 PCBA 将 报 废, 成 本 较 高 (4) 剥 离 观 察 法, 直 接 把 BGA 从 PCBA 上 剥 离 后, 在 立 体 显 微 镜 下 观 察 BGA 元 件 一 侧 的 焊 点 形 状, 枕 头 焊 点 具 有 向 内 凹 的 小 酒 窝 该 方 法 可 以 快 速 有 效 地 找 出 整 个 BGA 上 的 所 有 枕 头 焊 点 的 位 置, 但 是 同 样 是 一 种 破 坏 性 检 测 方 法 实 际 工 作 中 通 常 需 要 结 合 以 上 4 种 检 测 方 法 来 进 行 观 察 分 析 图 2 为 各 种 检 测 方 法 所 观 察 到 的 枕 头 焊 点 图 片 (3) 微 切 片 分 析 法 (4) 剥 离 观 察 法 图 2 四 种 检 测 方 法 观 察 到 的 焊 点 图 片 2 枕 头 缺 陷 的 影 响 因 素 业 界 对 BGA 枕 头 缺 陷 的 形 成 机 理 至 今 未 达 成 一 致 意 见, 因 为 导 致 枕 头 缺 陷 的 潜 在 影 响 因 素 很 多 [4] 在 对 近 千 个 枕 头 焊 点 的 检 测 分 析 基 础 上, 结 合 业 界 学 者 的 观 点, 我 们 认 为 可 从 设 计 材 料 和 工 艺 三 方 面 来 分 析 导 致 枕 头 焊 点 的 影 响 因 素 (1) 设 计 方 面 :PCB 焊 盘 设 计 (SMD 和 NSMD) 和 元 器 件 布 局 设 计 影 响 回 流 焊 接 过 程 中 热 量 的 均 匀 性 而 诱 发 枕 头 缺 陷 的 发 生 (2) 材 料 方 面 :(a) 印 刷 到 PCB 上 的 锡 膏 体 积 量 不 足, 助 焊 剂 去 污 染 或 氧 化 能 力 差, 锡 膏 中 活 性 物 质 起 作 用 的 温 度 范 围 窄 或 时 间 短 等 都 有 可 能 导 致 枕 头 缺 陷 的 发 生 ;(b)bga 和 PCB 因 材 料 抗 热 性 或 均 质 性 差, 致 使 在 加 热 过 程 中 发 生 翘 曲 增 加 枕 头 缺 陷 产 生 的 几 率 ;(c)bga 锡 球 被 污 染 或 氧 化, 出 现 拒 焊 同 样 会 导 致 枕 头 缺 陷 (3) 工 艺 方 面 :(a)bga 贴 装 时 偏 移 ;(b) 空 气 条 件 下 进 行 回 流 焊 接, 容 易 导 致 锡 球 和 锡 膏 氧 化 ;(c) 回 流 焊 温 度 曲 线 的 关 键 参 数 设 置 不 当, 比 如 最 高 温 度 回 流 焊 接 时 间 以 及 预 热 时 间 设 置 等 这 些 工 艺 参 数 对 BGA 枕 头 缺 陷 的 形 成 都 有 一 定 的 影 响 导 致 BGA 形 成 枕 头 焊 点 的 原 因 是 多 方 面 的, 是 各 种 因 素 综 合 作 用 的 结 果 为 了 分 辨 各 种 因 素 的 影 响 效 果 和 作 用 大 小, 可 以 组 合 各 种 设 计 材 料 和 工 艺 条 件 来 模 拟 复 制 枕 头 缺 陷 影 响 因 子 的 选 择 有 以 下 四 个 : (1) 选 取 两 种 玻 璃 态 转 化 温 度 θg 的 PCB 来 衡 量 在 加 热 时 PCB 的 翘 曲 对 枕 头 焊 点 的 影 响 效 果 ; (2) 选 取 两 种 厚 度 的 钢 网 来 衡 量 锡 膏 量 对 枕 头 焊 点 的 影 响 效 果 ; (3) 贴 装 BGA 时, 设 置 无 偏 移 和 有 偏 移 两 种 情 况 来 衡 量 BGA 贴 装 时 的 偏 移 量 对 枕 头 焊 点 的 影 响 效 果 ;

28 第 33 卷 第 2 期 侯 昌 锦, 等 : 无 铅 BGA 枕 头 缺 陷 的 研 究 65 (4) 炉 子 各 炉 区 温 度 设 置 不 变, 选 取 两 种 不 同 的 链 条 速 度 来 衡 量 炉 温 曲 线 对 枕 头 焊 点 的 影 响 效 果 3 试 验 设 计 3.1 试 验 参 数 的 设 计 选 用 上 述 四 个 因 素, 利 用 Minitab 软 件 进 行 两 水 平 全 因 子 的 DOE 设 计 各 因 子 高 低 水 平 的 具 体 数 值 见 表 1, 运 行 顺 序 见 表 2 表 1 DOE 因 子 水 平 表 水 平 因 子 低 水 平 高 水 平 PCBθg/ 钢 网 厚 度 d/ mm BGA 贴 装 偏 移 量 b/ mm 回 流 焊 炉 链 条 速 度 v/ (cm min -1 ) 表 2 DOE 试 验 表 钢 网 BGA 链 条 运 行 PCBθg BGA 厚 度 偏 移 速 度 顺 序 (A) 编 号 (B) (C) (D) #1-1~# #2-1~# #3-1~# #4-1~# #5-1~# #6-1~# #7-1~# #8-1~#8-5 图 3 PCB 一 侧 的 菊 花 链 设 计 图 检 测 设 备 主 要 有 万 用 表 金 相 显 微 镜 立 体 显 微 镜 Dage XD7600NT 3D X 射 线 检 测 仪 (X-Ray) 和 HITACHI S-3000 扫 描 电 子 显 微 镜 (SEM) 等 4 结 果 与 分 析 在 万 用 表 测 量 电 阻 判 断 开 路 焊 点 的 失 效 区 域 后, 再 结 合 枕 头 缺 陷 的 4 种 检 测 方 法, 共 发 现 10 片 PCBA 上 出 现 了 枕 头 焊 点 BGA 枕 头 焊 点 发 生 的 比 例 为 12.5% 所 有 BGA 上 的 枕 头 焊 点 的 数 量 统 计 结 果 见 表 3, 总 共 96 个 表 3 枕 头 焊 点 数 量 分 布 BGA 编 号 #1-1 #1-3 #5-3 #7-5 #10-1 枕 头 焊 点 数 量 n/ 个 BGA 编 号 #11-3 #11-4 #11-5 #12-5 #16-3 枕 头 焊 点 数 量 n/ 个 四 种 因 子 对 枕 头 焊 点 的 影 响 效 果 分 别 如 图 4 所 示 #9-1~# #10-1~# #11-1~# #12-1~# #13-1~# #14-1~# #15-1~# #16-1~#16-5 枕 头 焊 点 数 量 n/ 个 PCBθg 钢 网 厚 度 因 子 种 类 BGA 贴 装 偏 移 量 回 焊 炉 链 条 速 度 3.2 试 验 材 料 及 设 备 试 验 用 钎 料 选 用 厂 内 生 产 所 用 的 SAC305 锡 膏 ; BGA 采 用 菊 花 链 设 计, 锡 球 合 金 成 分 也 为 SAC305 PCB 的 厚 度 为 0.8 mm, 表 面 处 理 方 式 为 OSP( 有 机 保 护 膜 ) 根 据 BGA 一 侧 的 菊 花 链, 在 PCB 一 侧 设 计 相 应 的 菊 花 链 和 测 试 点, 通 过 两 侧 的 菊 花 链 可 把 所 有 的 焊 点 连 成 一 条 通 路, 如 图 3 所 示, 通 过 测 试 点 能 快 速 地 检 测 出 开 路 焊 点 的 失 效 区 域 组 装 过 程 中 所 用 的 印 刷 机 型 号 :FUJI GP 641E; 贴 片 机 型 号 :Panasonic NM-EJM9B; 回 流 焊 炉 型 号 :FURUKAWA XNⅢ-945PC 图 4 四 种 因 子 的 影 响 效 果 从 图 4 中 可 知,(1) 当 PCB 的 θ g 从 130 提 高 到 150, 枕 头 焊 点 数 量 从 55 个 减 少 到 41 个, 降 低 了 25.5%;(2) 当 钢 网 厚 度 从 0.08 mm 提 高 到 0.13 mm, 枕 头 焊 点 数 量 从 61 个 减 少 到 35 个, 降 低 了 42.6%; (3) 当 BGA 贴 装 时 的 偏 移 量 从 0 mm 增 加 到 0.25 mm, 枕 头 焊 点 数 量 从 39 个 增 加 57 个, 增 加 了 46.2%; (4) 当 回 流 焊 炉 子 的 链 条 速 度 从 90 cm/min 提 高 到 110 cm/min, 枕 头 焊 点 数 量 从 12 个 增 加 84 个, 增 加 了 600% 在 这 个 实 验 中, 很 明 显, 影 响 回 流 焊 温 度 曲 线 的 链 条 速 度 对 枕 头 焊 点 的 影 响 最 大, 其 次 为 BGA

29 66 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 贴 装 时 的 偏 移 量, 第 三 为 影 响 锡 膏 体 积 量 的 钢 网 厚 度, 最 后 为 影 响 翘 曲 的 PCBθ g 下 面 分 别 分 析 各 因 子 的 影 响 作 用 (1) 因 为 高 θg 的 板 子 在 高 温 时 具 有 高 的 热 态 抗 弯 强 度, 意 味 着 在 高 温 时 其 抗 弯 曲 翘 曲 和 扭 曲 性 能 都 较 好 [5] 在 回 流 焊 接 时, 板 子 翘 曲 会 增 加 PCB 上 锡 膏 与 BGA 锡 球 之 间 的 间 隙, 如 图 5 所 示 而 间 隙 越 小, 在 回 流 过 程 中 焊 料 和 锡 球 越 容 易 熔 融 在 一 起 形 成 一 个 焊 点 因 此, 高 θ g 的 PCB, 能 够 有 效 降 低 由 于 热 变 形 引 起 的 枕 头 缺 陷 数 字 表 示 该 位 置 上 枕 头 焊 点 出 现 的 累 积 个 数, 无 红 色 填 充 但 有 数 字 的 方 格 表 示 半 枕 头 焊 点 的 个 数 从 图 中 可 见, 枕 头 焊 点 大 都 出 现 在 BGA 元 件 的 四 个 角 落 和 左 右 两 个 边 上, 从 分 布 规 律 可 以 说 明 在 回 流 焊 接 时,BGA 和 PCB 在 加 热 过 程 中, 四 个 角 落 和 左 右 两 边 翘 曲 严 重, 使 得 锡 球 与 焊 料 顶 端 的 间 隙 较 大, 在 液 相 线 以 上 仍 然 无 法 接 触 而 形 成 导 致 热 态 翘 曲 的 原 因 既 有 原 材 料 方 面 的 因 素 也 有 炉 温 曲 线 工 艺 参 数 方 面 的 因 素 图 5 锡 膏 与 锡 球 之 间 的 间 隙 (2) 钢 网 厚 度 越 厚, 则 印 刷 到 PCB 上 的 锡 膏 量 就 越 多 一 方 面, 更 多 的 锡 膏 有 更 多 的 助 焊 剂 来 清 洗 BGA 锡 球 的 污 染 物 和 氧 化 物 ; 另 一 方 面, 锡 膏 印 刷 越 厚 板 子 上 锡 膏 与 BGA 锡 球 之 间 的 间 隙 越 小 所 以 在 不 至 于 引 起 短 路 等 其 他 问 题 的 情 况 下 适 当 地 增 加 锡 膏 量 可 以 减 少 枕 头 缺 陷 的 发 生 (3)BGA 贴 装 时 偏 移 量 越 多 在 回 流 焊 接 时 锡 膏 和 锡 球 暴 露 在 空 气 中 的 面 积 越 多, 如 图 6 所 示, 在 回 流 焊 接 过 程 中 就 有 更 多 的 氧 化 物 产 生 在 锡 膏 和 锡 球 的 表 面, 而 助 焊 剂 很 难 完 全 去 除 这 些 氧 化 物, 因 此 会 导 致 枕 头 焊 点 的 出 现 图 6 BGA 贴 装 偏 移 (4) 回 流 焊 炉 子 链 条 的 速 度 越 快, BGA 通 过 回 流 焊 炉 的 时 间 越 短 一 方 面, 因 炉 温 峰 值 是 一 定 的, 更 短 的 过 炉 时 间, PCB 和 BGA 会 有 更 快 的 升 温 和 降 温 速 率, 会 导 致 PCB 和 BGA 有 更 大 的 翘 曲 ; 另 一 方 面, 更 短 的 过 炉 时 间, 意 味 着 锡 膏 和 锡 球 在 液 相 线 停 留 的 时 间 更 短, 锡 膏 完 全 坍 塌 后 BGA 锡 球 接 触 锡 膏 并 与 锡 膏 混 溶 结 合 的 时 间 更 短, 这 必 然 会 增 加 BGA 锡 球 与 熔 融 锡 膏 无 法 完 全 融 合 在 一 起 的 几 率, 从 而 形 成 枕 头 焊 点 将 所 有 枕 头 焊 点 的 位 置 分 布 进 行 统 计, 结 果 如 图 7 所 示, 每 个 小 方 格 代 表 一 个 焊 点 位 置, 红 色 填 充 的 小 方 格 表 示 为 枕 头 焊 点, 默 认 为 1, 红 色 方 格 上 的 图 7 枕 头 焊 点 分 布 累 积 图 5 结 论 在 组 合 材 料 和 工 艺 方 面 影 响 因 素 的 条 件 下, 基 于 DOE 实 验 研 究, 可 得 出 如 下 结 论 : (1) 枕 头 缺 陷 发 生 的 概 率 随 着 PCBθg 点 的 提 高 而 降 低 当 PCB 的 θg 从 130 提 高 到 150, 枕 头 焊 点 数 量 降 低 了 25.5% 可 见,θg 值 较 高 的 PCB 可 减 少 枕 头 焊 点 发 生 的 概 率 (2) 枕 头 缺 陷 发 生 的 概 率 随 着 钢 网 厚 度 的 增 加 而 减 少 当 钢 板 厚 度 从 0.08 mm 提 高 到 0.13 mm, 枕 头 焊 点 数 量 降 低 了 42.6%, 可 见 适 当 增 加 钢 网 的 厚 度, 可 以 抑 制 枕 头 焊 点 的 发 生 (3) 枕 头 缺 陷 发 生 的 概 率 随 BGA 贴 装 时 的 偏 移 量 增 加 而 增 大 当 BGA 贴 装 偏 移 从 0 mm 升 到 0.25 mm, 枕 头 焊 点 数 量 增 加 了 46.2%, 可 见 BGA 精 确 贴 装 对 抑 制 枕 头 缺 陷 有 帮 助 (4) 在 炉 子 其 他 设 置 不 变 的 条 件 下, 枕 头 缺 陷 发 生 的 概 率 随 着 炉 子 链 条 速 度 的 提 高 而 增 加 当 炉 子 链 条 速 度 从 90 cm/min 提 高 到 110 cm/min, 枕 头 焊 点 数 量 增 加 了 600%, 可 见 降 低 炉 子 链 条 速 度 可 以 显 著 抑 制 枕 头 焊 点 缺 陷 的 发 生 概 率 BGA 枕 头 缺 陷 是 由 多 种 影 响 因 素 综 合 作 用 形 成 的, 在 解 决 问 题 的 时 候, 应 从 主 要 影 响 因 素 着 手 进 行 改 善 为 了 避 免 枕 头 缺 陷 的 发 生, 首 先 要 选 择 热 翘 曲 性 能 较 好 的 BGA PCB 和 助 焊 剂 化 学 性 能 较 好 的 锡 膏, 然 后 对 SMT 工 艺 参 数 进 行 优 化, 特 别 是 炉 温 曲 线 关 键 参 数 的 优 化 ( 下 转 第 126 页 )

30 电 子 工 艺 技 术 2012 年 3 月 第 33 卷 第 2 期 Electronics Process Technology 67 BGA 器 件 ZX2101 回 流 过 程 有 限 元 模 拟 陈 一 豪 1, 刘 哲 2, 付 红 志 2, 方 文 磊 2, 夏 卫 生 1 1, 3, 吴 丰 顺 (1. 华 中 科 技 大 学 材 料 成 形 与 模 具 技 术 国 家 重 点 实 验, 湖 北 武 汉 ; (2. 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司 物 流 体 系 工 艺 研 究 部, 广 东 深 圳 ; (3. 华 中 科 技 大 学 武 汉 国 家 光 电 实 验 室, 湖 北 武 汉 ) 摘 要 : 采 用 间 接 耦 合 的 方 法 对 BGA(Ball Grid Array) 器 件 ZX2101 的 回 流 过 程 进 行 有 限 元 模 拟, 得 出 回 流 结 束 后 BGA 器 件 整 体 PCB 以 及 芯 片 基 板 的 温 度 分 布, 同 时 仿 真 分 析 了 焊 球 阵 列 部 分 的 温 度 分 布 随 时 间 变 化 的 情 况, 据 此 得 到 回 流 结 束 后 PCB 与 芯 片 基 板 的 变 形 在 设 定 的 温 度 边 界 条 件 下, 得 到 了 四 点 回 流 曲 线, 模 拟 结 果 与 实 测 结 果 相 吻 合 关 键 词 : 球 栅 阵 列 ; 回 流 过 程 ; 有 限 元 模 型 ; 温 度 分 布 ; 应 力 分 布 中 图 分 类 号 :TN605 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2012) Finite Element Modeling of Reflow Process for BGA ZX2101 CHEN Yi-hao 1, LIU Zhe 2, FU Hong-zhi 2, FANG Wen-lei 2, XIA Wei-sheng 1, WU Feng-shun 1, 3 (1. State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China; 2. Zhongxing Telecom Equipment Corporation, Shenzhen , China; 3. Wuhan National Laboratory for Optoelectronics of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan , China) Abstract: Indirect coupling method is applied to simulate the reflow process for the ball grid array (BGA) package ZX2101. Temperature profiles of the whole package, printed circuit board (PCB), and the base board of chip are obtained after the reflow process, as well as the ball array. Based on these temperature profiles, and the deformation of PCB and the base board of chip are simulated. The reflow curve is determined on the given boundary condition of temperature. The simulated results agree well with the experimental. Key words: Ball Grid Array; Reflow process; Finite element modeling; Temperature profile; Stress profile Document Code: A Article ID: (2012) 随 着 封 装 技 术 的 不 断 发 展 和 用 户 需 求 的 不 断 提 升, 球 栅 阵 列 (Ball Grid Array,BGA) 封 装 器 件 正 朝 着 密 间 距 和 微 型 化 方 向 发 展, 对 再 流 焊 工 艺 也 提 出 了 越 来 越 严 格 的 要 求 再 流 焊 过 程 中, 芯 片 载 体 基 板 和 焊 球 之 间 的 热 膨 胀 系 数 (Coefficient of Thermal Expansion,CTE) 差 异 不 仅 会 导 致 芯 片 基 板 和 印 刷 电 路 板 (Printed Circuit Board,PCB) 受 热 翘 曲 变 形, 还 会 使 焊 球 内 产 生 周 期 性 的 应 力 应 变 过 程, 引 发 焊 球 失 效 同 时 集 成 度 越 来 越 高 的 元 器 件 也 会 因 为 承 受 过 热 而 导 致 损 坏 [1] 因 此, 通 过 设 定 和 调 整 回 流 炉 的 控 制 参 数, 获 得 合 理 的 满 足 要 求 的 回 流 曲 线 就 显 得 至 关 重 要 然 而, 传 统 的 工 艺 是 通 过 试 误 法 来 确 定 再 流 焊 的 焊 接 温 度 曲 线 这 种 方 法 不 仅 耗 费 资 源, 而 且 试 验 周 期 长, 不 能 适 应 当 前 电 子 产 品 更 新 速 度 快 和 竞 争 日 益 激 烈 的 需 求 为 此, 本 文 利 用 有 限 元 的 方 法 模 拟 再 流 焊 过 程 获 得 焊 球 温 度 分 布 情 况 芯 片 基 板 及 PCB 变 形 量, 以 期 实 现 再 流 焊 接 工 艺 参 数 预 选 和 优 化 基 金 项 目 : 中 国 - 欧 盟 科 技 合 作 基 金 项 目 ( 项 目 编 号 :1110) 作 者 简 介 : 陈 一 豪 (1987- ), 男, 硕 士, 主 要 从 事 电 子 封 装 与 微 连 接 的 研 究 工 作 吴 丰 顺 (1965- ), 男, 教 授, 主 要 从 事 微 连 接 与 电 子 封 装 焊 接 工 艺 及 装 备 的 研 究 工 作

31 68 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 1 有 限 元 模 型 建 立 采 用 间 接 耦 合 方 法 进 行 模 拟 计 算, 首 先 模 拟 得 出 封 装 体 各 部 件 在 回 流 温 度 下 的 温 度 分 布, 之 后 将 温 度 结 果 作 为 载 荷 加 载 来 计 算 封 装 体 各 部 件 热 变 形 1.1 单 元 选 择 在 温 度 分 布 模 拟 时, 封 装 体 所 有 材 料 采 用 solid70 单 元, 该 单 元 可 用 于 建 立 三 维 瞬 态 热 模 型, 包 含 8 节 点, 每 个 节 点 包 含 一 个 自 由 度 即 温 度 热 变 形 仿 真 阶 段, 封 装 体 所 有 材 料 采 用 solid185 单 元 来 构 造 三 维 固 体 结 构, 该 单 元 每 个 节 点 有 三 个 沿 着 xyz 方 向 平 移 的 自 由 度, 单 元 具 有 超 弹 性 应 力 刚 化 蠕 变 大 变 形 和 大 应 变 能 力 solid70 和 solid185 单 元 结 构 如 图 1 所 示 变 过 程 芯 片 基 板 (BT) 焊 球 (SAC305) 塑 封 料 芯 片 以 及 PCB(FR-4) 等 材 料 的 参 数 分 别 见 表 1~ 表 4 [2] 表 1 温 度 分 布 计 算 所 用 材 料 参 数 材 料 密 度 ρ/ 导 热 系 数 λ/ 热 容 C/ (kg cm -3 ) (W m -1 K -1 ) (J g -1 K -1 ) 芯 片 基 板 焊 球 塑 封 料 芯 片 PCB 表 3 [3-5] 表 2 计 算 应 力 变 形 时 所 用 的 材 料 参 数 P M I N O,P K,L 弹 性 模 量 线 膨 胀 系 数 α/ 材 料 泊 松 比 E/GPa ( 10-6 K -1 ) SAC X Z o M Y I L J N I K I J M,N,O,P K,L J L K J 芯 片 芯 片 基 板 塑 封 料 10.00(θ<θg) 14.1(θ<θg) 0.25 (θg=170 ) 1.00(θ>θg) 68.4(θ>θg) PCB 随 时 间 变 化 0.28 随 时 间 变 化 [6,7] 表 3 PCB 材 料 参 数 随 时 间 变 化 值 图 1 单 元 结 构 示 意 图 1.2 材 料 参 数 热 分 析 阶 段 所 用 材 料 参 数 包 括 比 热 导 热 系 数 和 密 度, 计 算 热 变 形 过 程 中 所 需 材 料 参 数 包 括 弹 性 模 量 泊 松 比 和 热 膨 胀 系 数 本 文 采 用 Anand 统 一 粘 塑 性 模 型 模 拟 焊 球 在 回 流 条 件 下 的 热 应 力 及 变 形 情 况, 以 期 更 准 确 地 反 应 整 个 BGA 封 装 体 的 变 形 仿 真 过 程 中 对 BGA 焊 球 部 分 进 行 了 简 化 处 理, 未 考 虑 其 相 温 度 θ/ 比 热 c/(j g -1 K -1 ) 温 度 θ/ 弹 性 模 量 E/GPa 温 度 θ/ 热 膨 胀 系 数 α/ ( 10-6 K -1 ) [8] 表 4 SAC305 的 Anand 模 型 参 数 初 始 形 变 阻 激 活 能 指 数 函 数 系 数 应 力 强 化 系 数 敏 感 变 形 阻 力 饱 和 饱 和 值 的 应 变 强 化 系 数 的 应 抗 值 S 0 / MPa (Q/R)/K A/s -1 系 数 ξ h 0 /MPa 指 数 m 值 系 数 s/mpa ^ 率 敏 感 指 数 n 变 敏 感 系 数 a 几 何 模 型 建 立 及 网 格 划 分 本 文 以 BGA 器 件 ZX2101( 中 兴 通 讯 有 限 公 司 提 供 ) 为 对 象, 建 立 的 有 限 元 模 型 如 图 2 所 示, 该 器 件 尺 寸 35 mm 35 mm, 底 部 焊 球 386 个 1.4 加 载 求 解 回 流 炉 温 区 设 置 见 表 5 温 度 场 计 算 过 程 中 有 限 元 分 析 加 载 条 件 的 设 置 如 图 3 所 示 图 中 每 个 平 台 为 一 个 载 荷 步, 对 应 回 流 炉 中 一 个 温 区, 其 中 回 流 炉 各 个 温 区 对 流 风 扇 下 对 流 系 数 设 定 为 30 W/m 2 K 两 对 称 面 (Z=0,X=0) 上 不 加 载 对 流 条 件, 这 样 在 有 限 元 模 型 中 默 认 为 1/4 对 称 在 间 接 耦 合 的 第 二 部 分, 即 计 算 热 变 形 过 程 中, 设 定 两 对 称 面 (Z =0, X =0) 沿 法 线 方 向 位 移 为 零, 即 默 认 1/4 对 称 另 外, 固 定 PCB 中 心 点 以 保 证 计 算 过 程 中 模 型 不 会 出 现 平 移 或 旋 转, 同 时 设 置 较 少 的 边 界 条 件 以 保 证 模 型 图 2 有 限 元 模 型 充 分 变 形

32 第 33 卷 第 2 期 陈 一 豪, 等 :BGA 器 件 ZX2101 回 流 过 程 有 限 元 模 拟 69 表 5 回 流 炉 温 区 设 置 温 区 上 温 区 θ/ 下 温 区 θ/ 载 带 速 度 v/(cm min -1 ) 温 度 θ/ 时 间 t/s 图 3 温 度 加 载 曲 线 (c) 芯 片 基 板 2 模 拟 结 果 分 析 2.1 温 度 分 布 回 流 结 束 时 (t=350 s)bga 各 部 分 温 度 分 布 如 图 4 所 示 图 4 中 SMN 后 为 最 低 温 度 ( ),SMX 后 为 最 高 温 度 ( ) (d) 芯 片 (a) 整 体 (b) 模 塑 (e)pcb 图 4 回 流 结 束 时 BGA 器 件 各 部 件 温 度 分 布 ( 单 位 : ) 考 察 焊 球 阵 列 温 度 分 布 随 时 间 变 化, 升 温 阶 段 如 图 5(a) 所 示, 可 见 高 温 区 由 焊 球 阵 列 边 缘 移 向 下 方 阵 列 中 间 部 分 之 后 到 11 载 荷 步 结 束, 温 度 分 布 均 如 图 5(b) 所 示, 区 别 在 于 整 体 温 度 上 升 最 低 温 长 期 处 于 上 方 小 阵 列 边 缘 处, 而 最 高 温 则 长 期 处 于 下 方 阵 列 中 间 部 分

33 70 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 2.2 回 流 曲 线 提 取 中 心 焊 球 中 心 阵 列 边 缘 焊 球 整 体 阵 列 边 缘 焊 球 和 下 方 阵 列 最 高 温 焊 球 的 温 度 随 时 间 变 化 曲 线, 如 图 7 所 示 可 以 看 到 t _1 和 t _4 基 本 重 合, 即 中 心 焊 球 和 下 方 阵 列 最 高 温 焊 球 会 达 到 回 流 过 程 中 焊 球 最 高 温 度, 约 为 228, 而 中 心 阵 列 边 缘 焊 球 在 回 流 过 程 中 温 度 则 稍 低, 最 高 温 度 约 为 224 (a) 载 荷 步 2 温 度 θ/ 时 间 t/s 500 (a) 模 拟 结 果 (b)11 载 荷 步 结 束 图 5 不 同 载 荷 步 结 束 时 焊 球 阵 列 温 度 分 布 ( 单 位 : ) 焊 球 阵 列 整 体 降 温 过 程 中 温 度 分 布 如 图 6 所 示, 可 以 看 到 最 低 温 转 移 到 整 体 阵 列 边 缘 处 温 度 θ/ 时 间 t/s (a)12 载 荷 步 2 子 步 (b) 回 流 结 束 时 图 6 回 流 冷 却 过 程 中 焊 球 阵 列 温 度 分 布 ( 单 位 : ) (b) 实 测 回 流 曲 线 图 7 回 流 曲 线 的 实 测 与 仿 真 结 果 对 比 由 图 7 可 知, 模 拟 结 果 中 t _1 曲 线 达 到 液 相 线 (217 ) 的 时 间 约 为 s, 达 到 最 高 温 度 时 间 约 为 s, 温 度 下 降 至 217 时 间 约 为 s, 液 相 线 以 上 时 间 约 为 s, 与 实 测 曲 线 中 初 始 最 下 方 黑 色 回 流 曲 线 对 比, 两 者 升 温 到 达 和 下 降 至 217 时 间 以 及 达 到 最 高 温 时 间 大 致 接 近, 模 拟 曲 线 与 该 回 流 曲 线 在 217 以 上 时 间 s 相 隔 6 s 左 右, 且 最 高 温 度 与 其 相 差 约 为 4, 整 体 误 差 较 小 2.3 变 形 情 况 回 流 结 束 后 芯 片 基 板 与 PCB 的 变 形 如 图 8 所 示 ( 放 大 25 倍 ), 其 中 白 色 虚 线 框 为 组 件 初 始 位 置 从 图 中 看 出,PCB 和 芯 片 基 板 都 发 生 了 向 上 的 翘 曲 变 形,PCB 的 最 大 变 形 量 为 μm, 而 芯 片 基 板 的 最 大 变 形 量 为 755 μm ( 下 转 第 78 页 )

34 电 子 工 艺 技 术 2012 年 3 月 第 33 卷 第 2 期 Electronics Process Technology 71 微 组 装 SMT PCB 非 醇 醚 类 助 焊 剂 及 其 焊 膏 的 研 究 白 融, 赵 麦 群, 范 欢 ( 西 安 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院, 陕 西 西 安 ) 摘 要 : 研 究 了 多 元 醇 类 溶 剂 及 其 复 配 物 对 Sn0.3Ag0.7Cu 焊 膏 性 能 的 影 响 结 果 表 明 : 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 对 冰 白 和 水 白 松 香 都 具 有 较 强 的 溶 解 性 当 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 以 质 量 比 9 1 复 配 时, 获 得 的 焊 膏 平 均 铺 展 率 可 达 87% 以 上, 焊 点 完 整 饱 满 无 焊 球 和 桥 连 等 缺 陷, 储 存 时 间 较 长, 是 一 种 综 合 性 能 良 好 的 焊 膏 关 键 词 :Sn0.3Ag0.7Cu 焊 锡 膏 ; 焊 接 性 能 ; 铺 展 率 ; 储 存 稳 定 性 中 图 分 类 号 :TN604 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2012) Study on Ethylene Glycol Ether Free Flux and Solder Paste BAI Rong, ZHAO Mai-qun, FAN Huan (Xi an University of Technology, Xi an , China) Abstract: Study the effect of polyatomic alcohol and the mixed solvents on the performance of Sn0.3Ag0.7Cu lead-free solder paste. The results show that both tetrahydrofurfuryl alcohol and polypropylene glycol have high solvability to ice-white rosin and water-white rosin. When tetrahydrofurfuryl alcohol and polypropylene glycol compounded with the mass ratio of 9 : 1 are used as solvent, get a kind of solder paste which has good combination property-over 87% spreading ratio, long storage time, integral and plump solder joint with no defect of solder ball and bridging, etc. Key words: Sn0.3Ag0.7Cu solder paste; Soldering performance; Spreading ratio; Storage stability Document Code: A Article ID: (2012) 随 着 环 境 法 规 的 逐 步 完 善 以 及 人 们 环 保 意 识 的 增 强, 无 铅 无 卤 素 的 环 保 型 焊 膏 成 为 了 发 展 方 向 助 焊 剂 中 溶 剂 的 主 要 作 用 是 溶 解 助 焊 剂 中 的 所 有 组 份, 使 之 成 为 均 匀 的 液 体, 由 此 提 供 一 种 电 离 环 境, 让 有 机 酸 在 有 机 溶 剂 中 电 离 出 游 离 的 H +, 同 时, 溶 剂 还 起 到 一 种 载 体 作 用, 在 焊 接 过 程 中, 载 着 游 离 H + 去 除 氧 化 膜, 载 着 其 他 成 分 完 成 印 刷 粘 接 元 器 件 和 防 氧 化 等 功 能 [1] 目 前 所 使 用 的 无 铅 焊 膏 中 其 助 焊 剂 多 使 用 醇 醚 类 溶 剂, 这 类 物 质 有 相 当 好 的 电 阻 性 [2,3], 可 以 作 为 其 他 多 种 组 份 的 溶 剂, 对 松 香 溶 解 能 力 较 强, 因 此 被 大 多 数 焊 膏 制 造 商 应 用 然 而 OSHA 报 道, 这 些 醇 醚 类 物 质 对 动 物 的 生 殖 生 长 及 血 液 都 有 影 响, 也 有 研 究 发 现 醇 醚 物 质 对 动 物 行 为 和 精 神 也 有 影 响, 一 些 特 定 低 分 子 量 的 醇 醚 类 溶 剂 已 经 被 禁 止 使 用 除 醚 类 物 质 外, 醇 类 脂 类 及 烷 烃 类 物 质 都 可 以 作 为 溶 剂, 其 中 醇 类 是 应 用 最 为 广 泛 的 一 类 溶 剂, 它 具 有 良 好 的 溶 解 能 力 和 适 中 的 黏 度, 与 一 元 醇 相 比 多 元 醇 有 更 高 的 沸 点, 可 以 提 供 更 多 的 羟 基, 促 进 助 焊 剂 活 性 的 发 挥, 在 焊 接 时 有 更 强 的 还 原 性 [4] 本 文 选 用 多 元 醇 类 作 为 新 型 助 焊 剂 的 溶 剂 获 得 了 一 种 不 含 醇 醚 的 助 焊 剂, 并 参 照 GB/T 国 家 标 准 对 焊 膏 性 能 进 行 了 测 试 1 实 验 材 料 与 方 法 1.1 实 验 材 料 与 设 备 材 料 为 Sn0.3Ag0.7Cu 焊 料 微 粉, 粒 度 为 38μm~21μm 溶 剂 为 多 元 醇 类, 纯 度 均 为 分 析 基 金 项 目 : 陕 西 省 重 点 学 科 建 设 专 项 资 金 资 助 项 目 ( 项 目 编 号 :00x902) 作 者 简 介 : 白 融 (1987- ), 女, 硕 士, 研 究 方 向 为 新 型 功 能 材 料 赵 麦 群 (1960- ), 男, 教 授, 主 要 从 事 新 型 功 能 材 料 的 研 究 工 作

35 72 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 纯 冰 白 松 香 和 水 白 松 香 为 一 级 品 其 余 试 剂 为 有 机 酸 活 性 物 质 抗 氧 化 剂 和 流 变 剂 等, 纯 度 均 为 化 学 纯 实 验 用 铜 基 板 为 1 mm 单 面 覆 铜 板, 经 除 油 除 锈 烘 干 处 理 待 用 设 备 :BS210S 电 子 天 平, 精 度 0.1 mg;wrt-3p 微 量 热 天 平 ;78-1 型 数 显 恒 温 磁 力 搅 拌 器 ;T2000N+ 小 型 无 铅 回 流 焊 机 ;XJL-03 金 相 显 微 镜 ;T 视 显 微 镜 等 1.2 实 验 方 法 溶 解 性 及 稳 定 性 : 选 用 30 mm 60 mm 称 量 瓶, 通 过 电 子 天 平 精 确 称 量 溶 剂 及 松 香 树 脂, 将 盛 有 溶 剂 的 称 量 瓶 置 于 磁 力 搅 拌 器 上, 加 热 至 70, 搅 拌 过 程 中 缓 慢 加 入 松 香 树 脂, 并 观 察 松 香 溶 解 情 况 完 全 溶 解 后 装 入 瓶 中 密 封, 室 温 储 存, 观 察 记 录 溶 液 发 生 变 化 的 时 间 和 现 象 溶 剂 的 热 稳 定 性 测 试 : 热 质 量 损 失 法 表 征 溶 剂 在 加 热 过 程 中 质 量 随 温 度 的 变 化 规 律, 用 于 分 析 溶 剂 的 温 度 性 本 文 采 用 WRT-3P 微 量 热 天 平 对 五 种 醇 类 溶 剂 进 行 了 热 质 量 损 失 分 析, 测 试 参 数 为 : 样 品 质 量 取 17 mg~20 mg, 仪 器 扫 描 区 间 为 30 ~400, 升 温 速 度 为 20 /min, 空 气 气 氛, 坩 埚 选 取 D5 mm 4 mm 的 氧 化 铝 坩 埚 助 焊 性 测 试 : 焊 膏 的 铺 展 率 是 表 征 助 焊 性 能 的 重 要 指 标 之 一, 铺 展 率 越 高 说 明 其 助 焊 性 能 越 好 铺 展 率 测 试 参 照 GB/T 国 家 标 准 桥 连 性 : 一 般 对 于 阻 容 元 件 和 1.27 mm 间 距 器 件, 采 用 0.20 mm~0.25 mm 厚 度 模 板 本 试 验 以 厚 度 为 0.25 mm 模 板 印 制 试 样 进 行 回 流 焊 后, 用 T 视 显 微 镜 放 大 20 倍 进 行 观 察 储 存 稳 定 性 : 将 配 制 好 的 焊 膏 置 于 室 温 (23 ~25 ) 开 放 式 环 境 下, 每 隔 24 h 观 察 其 黏 度 变 化 并 进 行 回 流 焊 接, 测 试 其 铺 展 率 焊 接 界 面 观 察 : 将 焊 点 沿 中 心 剪 切 后 放 入 内 径 为 14 mm 的 PVC 管 中, 环 氧 树 脂 和 聚 酰 胺 树 脂 以 质 量 比 1 (0.5~1.0) 的 比 例 搅 拌 均 匀 后 注 入 PVC 管 中, 放 置 3 d~4 d 固 化 后 进 行 水 砂 纸 预 磨 及 绒 布 抛 光 制 成 金 相 试 样, 以 腐 蚀 液 (φ(ch 4 O) φ(hno 3 ) φ(hcl) = ) 进 行 腐 蚀 约 10 s, 吹 干, 进 行 金 相 观 察 2 实 验 结 果 与 分 析 2.1 多 元 醇 类 溶 剂 对 松 香 的 溶 解 能 力 溶 剂 作 为 助 焊 剂 的 载 体 成 分, 要 求 溶 剂 对 助 焊 剂 中 的 所 有 组 份 都 具 有 良 好 的 溶 解 能 力, 从 而 得 到 透 明 均 一 无 沉 淀 和 分 层 的 粘 稠 液 体 [5], 以 保 证 所 配 制 焊 膏 的 稳 定 性 试 验 选 取 五 种 常 用 多 元 醇 溶 剂, 取 松 香 与 溶 剂 质 量 比 为 2 3 的 比 例, 研 究 溶 剂 对 松 香 树 脂 的 溶 解 能 力 和 松 香 树 脂 溶 液 的 稳 定 性 表 1 为 溶 剂 对 冰 白 松 香 的 溶 解 结 果 表 1 溶 剂 对 冰 白 松 香 的 溶 解 结 果 溶 剂 溶 解 现 象 冷 却 后 变 化 白 色 较 粘 稠 1,2- 丙 二 醇 不 易 溶 解, 呈 浅 黄 色 浑 浊 液 体 液 体 乙 二 醇 难 溶 解, 浅 黄 色 糊 状 物 质 有 结 块 一 缩 二 乙 二 醇 难 溶 解, 浅 黄 色 悬 浊 液 浅 黄 色 膏 体 四 氢 糠 醇 溶 解 很 快, 均 一 透 明 浅 黄 色 液 体 无 变 化 聚 丙 二 醇 较 难 溶 解, 半 透 明 粘 稠 液 体 无 变 化 由 表 1 可 知,1,2- 丙 二 醇 乙 二 醇 和 一 缩 二 乙 二 醇 对 冰 白 松 香 的 溶 解 能 力 较 差, 并 且 冷 却 后 溶 解 体 系 即 发 生 变 稠 和 结 块 等 现 象, 不 能 形 成 均 一 稳 定 的 液 体, 不 符 合 助 焊 剂 对 溶 剂 的 要 求 四 氢 糠 醇 对 冰 白 松 香 的 溶 解 速 度 快, 并 形 成 均 一 透 明 的 浅 黄 色 液 体, 在 放 至 冷 却 后 无 变 化 冰 白 松 香 在 聚 丙 二 醇 中 溶 解 较 慢, 最 终 形 成 半 透 明 的 液 体, 其 中 掺 杂 有 少 量 细 小 颗 粒, 考 虑 松 香 在 溶 液 中 超 过 了 饱 和 度, 只 有 部 分 松 香 溶 解 重 复 试 验 中, 将 冰 白 松 香 的 质 量 分 数 降 至 20% 加 入 聚 丙 二 醇 中, 松 香 完 全 溶 解, 得 到 均 匀 液 体 由 此 可 见, 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 对 冰 白 松 香 都 具 有 较 好 的 溶 解 能 力 表 2 为 水 白 松 香 在 不 同 溶 剂 中 的 溶 解 结 果 水 白 松 香 在 1,2- 丙 二 醇 中 可 以 完 全 溶 解 但 冷 却 时 迅 速 出 现 白 色 结 块 乙 二 醇 和 一 缩 二 乙 二 醇 对 水 白 松 香 的 溶 解 能 力 较 差, 无 法 形 成 均 匀 的 溶 液, 并 且 冷 却 后 液 体 即 发 生 结 块 或 成 膏 现 象 水 白 松 香 在 四 氢 糠 醇 中 溶 解 很 快, 迅 速 形 成 均 一 透 明 的 浅 黄 色 液 体, 并 且 在 放 至 冷 却 后 溶 液 稳 定 聚 丙 二 醇 对 水 白 松 香 溶 解 速 度 较 慢, 但 可 形 成 均 匀 稳 定 的 粘 稠 液 体 表 2 溶 剂 对 水 白 松 香 的 溶 解 结 果 溶 剂 溶 解 现 象 冷 却 后 变 化 1,2- 丙 二 醇 溶 解 很 快, 为 均 一 透 明 浅 黄 色 液 体 白 色 结 块 乙 二 醇 难 溶 解, 浅 黄 色 乳 胶 状 液 体 白 色 结 块 一 缩 二 乙 二 醇 难 溶 解, 浅 黄 色 悬 浊 液 浅 黄 色 膏 体 四 氢 糠 醇 溶 解 很 快, 均 一 透 明 浅 黄 色 液 体 无 变 化 聚 丙 二 醇 溶 解 较 慢, 浅 黄 色 均 一 粘 稠 液 体 无 变 化 综 上 所 述, 将 两 种 松 香 溶 于 1,2- 丙 二 醇 乙 二 醇 和 一 缩 二 乙 二 醇 溶 剂 中 均 不 能 形 成 稳 定 透 明 均 一 的 溶 液, 因 此 这 三 种 溶 剂 不 适 合 作 为 助 焊 剂 的 溶 剂 组 份 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 对 冰 白 和 水 白 松 香 都 具 有 较 好 的 溶 解 能 力 相 对 于 水 白 松 香, 冰 白 松 香 在 聚 丙 二 醇 中 的 溶 解 度 较 低 2.2 松 香 在 不 同 溶 剂 中 的 抗 结 晶 性 图 1 为 松 香 树 脂 在 不 同 溶 剂 中 的 抗 结 晶 性 结 果 图 1(a) 和 1(b) 分 别 为 冰 白 松 香 和 水 白 松 香 溶 液 放 置 3 个

36 第 33 卷 第 2 期 白 融, 等 : 非 醇 醚 类 助 焊 剂 及 其 焊 膏 的 研 究 73 月 后 的 照 片, 从 左 向 右 溶 剂 依 次 为 1,2- 丙 二 醇 乙 二 醇 一 缩 二 乙 二 醇 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 (a) 冰 白 松 香 在 溶 剂 中 的 结 晶 性 (b) 水 白 松 香 在 溶 剂 中 的 结 晶 性 图 1 松 香 溶 液 的 结 晶 性 从 图 1(a) 和 图 1(b) 中 可 知, 冰 白 松 香 和 水 白 松 香 在 1,2- 丙 二 醇 乙 二 醇 和 一 缩 二 乙 二 醇 中 均 出 现 严 重 的 分 层 或 凝 固 现 象, 四 氢 糠 醇 中 冰 白 松 香 和 水 白 松 香 均 有 很 少 量 的 结 晶 析 出, 冰 白 松 香 的 析 出 量 稍 多 于 水 白 松 香, 聚 丙 二 醇 中 的 冰 白 松 香 严 重 结 晶, 而 水 白 松 香 结 晶 析 出 量 少, 由 于 聚 丙 二 醇 黏 度 较 高, 部 分 细 小 颗 粒 悬 浮 于 溶 液 中 松 香 在 溶 剂 中 的 结 晶 析 出 主 要 有 两 种 形 式 一 种 为 溶 解 析 出, 即 松 香 在 溶 液 中 的 浓 度 超 过 其 饱 和 度 而 无 法 继 续 溶 解, 导 致 松 香 大 量 析 出 饱 和 度 由 溶 剂 及 溶 质 物 质 本 身 性 质 决 定, 同 时 温 度 和 压 力 等 外 界 条 件 对 溶 解 度 有 很 大 影 响 另 一 种 为 结 晶 析 出, 松 香 的 主 要 成 分 是 树 脂 酸, 其 质 量 分 数 为 83%~90%, 它 们 是 一 类 具 有 一 个 三 环 菲 骨 架 的 含 有 二 个 双 键 的 一 元 羧 酸, 按 其 双 键 位 置 不 同, 可 分 为 三 大 类 枞 酸 型 酸 海 松 型 酸 和 其 他 ( 脱 氢 枞 酸, 湿 地 松 酸 ) [6,7] 任 何 一 种 树 脂 酸 的 含 量 达 到 一 定 浓 度 就 会 引 起 结 晶, 松 香 中 不 同 树 脂 酸 的 组 成 比 例 对 松 香 结 晶 也 有 很 大 影 响, 枞 酸 类 树 脂 含 量 较 高 则 结 晶 趋 势 大, 海 松 酸 类 树 脂 含 量 较 高 则 相 对 稳 定 不 易 结 晶 [8] 由 于 松 香 是 各 种 树 脂 酸 的 混 合 物 是 无 定 形 物 质, 而 结 晶 态 是 热 力 学 上 的 能 量 最 低 态 因 此 它 有 从 较 高 内 能 的 结 构 变 为 最 稳 定 具 有 最 低 内 能 的 晶 体 趋 向, 导 致 放 置 后 溶 液 中 出 现 结 晶 析 出 实 验 中 相 同 溶 剂 条 件 下 冰 白 松 香 相 较 水 白 松 香 析 出 较 多, 这 是 因 为 所 用 冰 白 松 香 和 水 白 松 香 中 的 树 脂 酸 含 量 不 同, 各 组 份 比 例 也 不 同, 从 而 引 起 结 晶 性 能 不 同 冰 白 松 香 在 聚 丙 二 醇 溶 液 中 结 晶 严 重, 除 其 结 晶 趋 势 较 大 外, 溶 液 中 存 在 未 溶 解 的 松 香 颗 粒 依 附 于 这 些 已 存 在 的 表 面, 可 使 形 核 界 面 能 降 低, 促 进 了 结 晶 综 上 所 述, 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 对 松 香 溶 解 能 力 较 好, 并 且 所 形 成 的 溶 液 稳 定, 可 作 为 助 焊 剂 溶 剂 组 份 2.3 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 热 稳 定 性 测 试 图 2(a) 和 图 2(b) 分 别 为 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 在 相 同 的 升 温 速 率 下 得 到 的 热 质 量 损 失 曲 线 由 图 2 可 得, 四 氢 糠 醇 的 起 始 质 量 损 失 温 度 为 59.2, 结 束 质 量 损 失 温 度 为 180.5, 最 大 质 量 损 失 速 率 发 生 在 聚 丙 二 醇 的 起 始 质 量 损 失 温 度 为 90.1, 结 束 质 量 损 失 温 度 356.3, 最 大 质 量 损 失 速 率 发 生 在 试 验 选 取 的 回 流 焊 峰 值 温 度 为 260, 对 比 热 质 量 损 失 曲 线, 四 氢 糠 醇 在 焊 接 过 程 中 可 以 完 全 挥 发, 而 聚 丙 二 醇 的 结 束 质 量 损 失 温 度 超 过 了 这 一 峰 值 温 度, 存 在 导 致 焊 后 残 留 量 增 加 的 可 能 性 热 质 量 损 失 /% 微 商 热 质 量 损 失 v/(mg min -1 ) 温 度 θ/ (a) 四 氢 糠 醇 温 度 θ/ (b) 聚 丙 二 醇 图 2 四 氢 糠 醇 和 聚 丙 二 醇 的 热 质 量 损 失 曲 线 2.4 单 一 溶 剂 及 复 配 溶 剂 对 助 焊 剂 性 能 影 响 表 3 为 本 试 验 所 用 助 焊 剂 配 方, 其 余 组 份 相 同, 制 得 四 种 不 同 溶 剂 的 助 焊 剂, 以 焊 点 形 貌 及 铺 展 率 为 助 焊 性 的 主 要 性 能 指 标 进 行 比 较 表 3 助 焊 剂 各 组 份 质 量 分 数 成 分 溶 剂 松 香 活 性 剂 缓 蚀 剂 其 他 组 份 质 量 分 数 w/% 30~ ~ 表 4 给 出 了 利 用 四 种 不 同 溶 剂 的 助 焊 剂 进 行 焊 接 所 得 到 的 焊 点 形 貌 和 铺 展 率 由 于 本 试 验 所 用 的 焊 料 微 粉 为 Sn0.3Ag0.7Cu, 与 共 晶 成 分 偏 离 较 远, 液 态 焊 料 在 凝 固 过 程 中 通 常 出 现 树 枝 晶 偏 析 结 晶, 导 致 焊 点 表 面 较 粗 糙, 光 亮 度 减 低, 通 常 认 为 焊 点 的 这 种 表 面 形 态 并 不 影 响 其 可 靠 性 [9] 单 一 四 氢 糠 醇 为 溶 剂 时, 焊 膏 的 铺 展 率 较 好, 焊 点 完 整, 有 轻 微 的 回 缩 现 象, 焊 后 表 面 干 燥, 但 是 四 氢 糠 醇 的 热 稳 定 性 较 差, 挥 发 严 重, 影 响 焊 膏 连 续 印 刷 性 单 一 聚 丙 二 醇 为 溶 剂 时 焊 膏 的 铺 展 率 不 到 80%, 焊 点 周 围 较 均 匀 回 缩, 回 缩 现 象 明 显, 并 且 焊 后 残 留 物 较 多,

37 74 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 焊 点 干 燥 度 差 聚 丙 二 醇 沸 点 高 和 黏 度 高, 在 焊 接 过 程 中 其 表 面 张 力 阻 碍 了 液 态 焊 料 的 铺 展, 造 成 焊 点 回 缩 同 时 因 为 聚 丙 二 醇 在 焊 接 过 程 中 挥 发 不 充 分, 造 成 焊 料 飞 溅, 边 缘 出 现 焊 球, 剩 余 部 分 溶 剂 导 致 黏 性 残 留 物, 焊 点 不 易 干 燥 表 4 四 种 助 焊 剂 的 焊 点 形 貌 及 铺 展 率 溶 剂 四 氢 糠 醇 聚 丙 二 醇 复 配 溶 剂 1 复 配 溶 剂 2 焊 点 形 貌 铺 展 率 /% 黏 度 增 加, 直 至 120 h 后 焊 膏 变 干, 难 以 印 刷, 焊 点 存 在 较 为 明 显 的 不 完 整 回 缩 现 象 24 h 48 h 72 h 96 h 120 h 图 4 1# 焊 锡 膏 随 放 置 时 间 的 焊 点 形 貌 从 图 5 所 示 的 铺 展 率 变 化 情 况 来 看, 随 放 置 时 间 的 增 加, 焊 膏 铺 展 率 呈 现 出 明 显 的 下 降 趋 势, 初 配 制 时 铺 展 率 大 于 87%, 放 置 120 h 时 铺 展 率 只 有 约 80% 单 一 溶 剂 的 性 能 不 能 达 到 要 求, 四 氢 糠 醇 助 焊 性 较 好 但 是 沸 点 低 易 挥 发 和 保 护 性 差, 聚 丙 二 醇 不 易 挥 发 但 是 易 产 生 残 留, 因 此 考 虑 两 者 复 配 表 4 中 复 配 溶 剂 1 为 四 氢 糠 醇 与 聚 丙 二 醇 以 质 量 比 9 1 复 配, 复 配 溶 剂 2 为 四 氢 糠 醇 与 聚 丙 二 醇 以 质 量 比 4 2 复 配 两 种 复 配 溶 剂 的 助 焊 剂 均 获 得 了 较 为 完 整 饱 满 的 焊 点, 铺 展 率 相 较 于 单 一 溶 剂 得 到 提 高, 最 高 可 达 87.49% 2.5 桥 连 性 测 试 图 3 为 复 配 溶 剂 1 和 复 配 溶 剂 2 焊 膏 桥 连 性 测 试 照 片, 从 照 片 中 可 以 看 到 焊 点 形 貌 完 整, 边 缘 有 极 少 量 回 缩, 没 有 发 生 桥 连 和 漏 印 等 现 象 SMT 焊 点 的 成 型 过 程 可 以 认 为 是 熔 融 焊 膏 在 表 面 张 力 和 重 力 作 用 下 成 型 的 过 程 [10] 这 种 缺 陷 产 生 的 原 因 很 多, 其 中 焊 膏 量 起 决 定 性 作 用, 因 此 要 选 用 合 适 的 模 板 进 行 印 刷 除 此 之 外, 工 艺 过 程 中 受 热 塌 陷 元 器 件 和 焊 盘 可 焊 性 差 等 也 可 造 成 桥 连, 对 焊 膏 而 言, 这 也 要 求 其 具 有 较 好 的 抗 热 塌 落 性 铺 展 率 /% 放 置 时 间 t/h 图 5 1# 焊 锡 膏 随 放 置 时 间 的 铺 展 率 综 上 所 述,1# 焊 膏 在 空 气 中 室 温 放 置 72 h 时 仍 具 有 优 良 的 焊 接 性 能, 润 湿 性 良 好, 这 说 明 在 焊 接 过 程 中, 焊 膏 中 的 各 组 份 依 然 很 好 地 发 挥 作 用, 焊 膏 的 存 储 稳 定 性 良 好, 可 以 满 足 工 业 上 在 焊 膏 配 好 后 由 于 工 艺 时 间 和 人 为 原 因 等 不 能 及 时 印 刷 和 焊 接 的 情 况 要 求 2.7 焊 点 断 面 观 察 图 6 为 复 配 溶 剂 1 焊 膏 与 基 板 间 所 形 成 焊 接 界 面 不 同 区 域 腐 蚀 后 的 金 相 照 片 焊 点 中 部 和 边 部 的 照 片 中 都 可 以 在 焊 料 和 单 面 覆 铜 板 的 焊 接 处 清 晰 地 观 [11-13] 察 到 锯 齿 状 金 属 间 化 合 物 (IMC) 资 料 显 示 其 成 分 为 Cu 6 Sn 5 这 是 由 于 焊 接 过 程 中 Cu 基 板 中 的 Cu 原 子 扩 散 至 熔 融 的 焊 料 中, 与 焊 料 中 的 Sn 反 应 而 生 成 Cu 6 Sn 5 IMC 的 形 成 说 明 无 铅 焊 接 工 艺 实 现 了 完 整 的 金 属 间 连 接 (a) 复 配 溶 剂 1 (b) 复 配 溶 剂 2 图 3 桥 连 性 T 视 显 微 镜 照 片 (20 倍 ) 2.6 焊 膏 的 储 存 稳 定 性 图 4 为 用 复 配 溶 剂 1 所 制 得 的 1# 焊 膏 随 放 置 时 间 的 焊 点 形 貌 以 复 配 溶 剂 2 制 得 的 2# 焊 锡 膏 在 放 置 24 h 后 变 干 而 难 以 印 刷, 因 此 仅 对 1# 焊 锡 膏 进 行 测 试 从 印 刷 时 黏 度 及 焊 点 形 貌 来 看, 放 置 时 间 在 72 h 内 焊 锡 膏 印 刷 黏 度 合 适, 具 有 良 好 的 成 形 性, 并 且 获 得 的 焊 点 完 整 饱 满, 无 明 显 缺 陷 随 放 置 时 间 的 延 长, 焊 料 铜 层 10 μm 10 μm (a) 中 部 (b) 边 部 图 6 同 一 焊 点 中 部 和 边 部 的 金 相 照 片 对 比 图 6(a) 和 图 6(b) 可 以 看 出, 断 面 中 心 的 组 织 比 边 部 的 组 织 稍 微 细 小 在 焊 接 过 程 中, 其 温 度 可 到 260, 焊 料 在 铜 板 上 呈 椭 球 形,( 下 转 第 105 页 )

38 电 子 工 艺 技 术 2012 年 3 月 第 33 卷 第 2 期 Electronics Process Technology 75 不 同 加 载 速 率 对 SAC/Cu 焊 点 剪 切 强 度 的 影 响 杨 文 宣, 王 丽 凤 ( 哈 尔 滨 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院, 黑 龙 江 哈 尔 滨 ) 摘 要 : 通 过 对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 进 行 剪 切 测 试 结 果 表 明 : 两 种 钎 料 焊 点 的 剪 切 强 度 与 加 载 速 率 有 着 明 显 的 相 关 性, 即 焊 点 的 剪 切 强 度 都 随 着 加 载 速 率 的 增 加 而 增 加 当 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 时, 断 裂 模 式 为 韧 脆 混 合 断 裂, 随 着 加 载 速 率 的 增 加, 两 种 钎 料 焊 点 断 口 的 韧 窝 数 量 不 断 增 加, 呈 现 韧 性 断 裂 特 征, 断 口 以 韧 窝 为 主 另 外 在 相 同 加 载 速 率 下,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 断 口 的 韧 窝 数 量 和 分 布 情 况 都 优 于 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点, 即 其 韧 性 断 裂 的 趋 势 更 加 明 显, 剪 切 强 度 更 大 关 键 词 :SAC/Cu 焊 点 ; 加 载 速 率 ; 剪 切 强 度 中 图 分 类 号 :TN60 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2012) Effect of Different Loading Rate on Shear Strength of SAC/Cu Solder Joints YANG Wen-xuan, WANG Li-feng (Harbin University of Science and Technology, Harbin , China ) Abstract: It was found that the shear strength of two kinds of solder joints has obvious correlation with the loading rate based on the shear test results of the Sn0.3 Ag0.7 Cu/Cu solder joints and Sn3.0 Ag0.5 Cu/Cu solder joints. With the increase of loading rate, the shear strength gained. When the loading rate of the solder joint was 0.01 mm/s, the fracture mode was ductilebrittle mixed fracture. With the increase of the loading rate, the dimple number of shear fracture of two kinds of solder joint increase, the fractograph exhibited typical ductile dimple fracture pattern. Moreover, Sn3.0 Ag0.5 Cu/Cu solder joint fracture of dimples number and distribution situation are better than the Sn0.3 Ag0.7 Cu/Cu solder joints at the same loading rate, the ductile fracture trends more evident and shear strength Key words: SAC/Cu solder joints; Loading rate; Shear strength Document Code: A Article ID: (2012) 无 铅 钎 料 应 具 有 良 好 物 理 性 能 热 匹 配 能 力 力 学 性 能 以 及 环 境 协 调 性 等 [1], 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 是 SnAgCu 系 无 铅 钎 料, 其 优 良 的 工 艺 和 力 学 性 能 被 普 遍 认 为 是 最 有 前 途 的 含 铅 钎 料 替 代 品 [2] 由 于 价 格 成 本 较 高, 必 定 会 影 响 SnAgCu 钎 料 的 应 用 和 推 广 随 着 电 子 工 业 技 术 的 不 断 发 展, 钎 料 服 役 的 环 境 越 来 越 苛 刻, 这 对 钎 料 的 可 靠 性 提 出 了 更 高 的 要 求 [3] BGA 封 装 元 器 件 的 焊 点 常 常 由 于 热 失 配 和 器 件 装 配 外 力 等 原 因 发 生 剪 切 破 坏 良 好 的 焊 点 剪 切 强 度 是 器 件 高 可 靠 性 的 重 要 保 障 [4], 焊 点 的 剪 切 强 度 和 界 面 金 属 间 化 合 物 (IMC) 是 衡 量 可 靠 性 的 重 要 指 标 之 一 [5] 近 年 来 Mayappan 等 人 研 究 发 现 了 加 载 速 率 与 Sn-Zn-Bi 合 金 钎 料 接 头 力 学 性 能 之 间 的 关 系 得 出 随 着 加 载 速 率 从 0.02 mm/s 增 加 到 2.00 mm/s, 接 头 的 抗 剪 强 度 和 延 性 均 有 增 加 [6] Chia 等 对 高 加 载 速 率 下 SnAgCu 重 熔 焊 点 的 失 效 模 式 进 行 了 分 析, 探 讨 了 动 态 载 荷 对 焊 点 的 影 响, 发 现 焊 点 的 断 裂 模 式 与 加 载 速 率 有 关, 并 且 焊 点 的 剪 切 强 度 与 加 载 速 率 的 对 数 基 金 项 目 : 黑 龙 江 省 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 项 目 编 号 :E200915) 作 者 简 介 : 杨 文 宣 (1987- ), 男, 硕 士, 研 究 方 向 为 微 电 子 组 装 技 术 及 其 可 靠 性 王 丽 凤 (1964- ), 女, 教 授, 主 要 研 究 方 向 微 电 子 组 装 技 术 及 其 可 靠 性

39 76 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 满 足 良 好 的 线 性 关 系 [7] 本 文 研 究 了 不 同 加 载 速 率 下 对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 剪 切 强 度 和 断 裂 形 式 的 影 响 1 试 验 方 法 与 材 料 试 验 制 备 Sn0.3Ag0.7Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu 钎 料 的 BGA 焊 球 时, 先 用 小 刀 把 钎 料 切 成 细 小 的 块 状, 将 其 放 入 有 甘 油 的 坩 埚 中 进 行 熔 球, 待 冷 却 后, 将 熔 好 的 BGA 球 从 坩 埚 中 取 出, 放 入 装 有 无 水 乙 醇 的 烧 杯 中, 用 超 声 清 洗 以 去 除 表 面 的 油 脂, 获 得 BGA 焊 球, 直 径 为 900μm, 然 后 将 BGA 焊 球 置 于 涂 有 助 焊 膏 的 Cu 焊 盘 上, 在 R340C 型 无 铅 热 风 回 流 焊 机 内 进 行 焊 接, 形 成 焊 点 利 用 PTR-1100 型 接 合 强 度 测 试 仪 对 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 和 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 进 行 剪 切 试 验, 加 载 速 率 分 为 0.01 mm/s 0.05 mm/s 0.10 mm/s 0.50 mm/s 和 1.00 mm/s, 剪 切 高 度 为 10μm 的 断 口 形 貌, 剪 切 测 试 结 果 表 明, 不 同 加 载 速 率 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 的 断 口 形 貌 和 断 裂 形 式 存 在 显 著 差 异, 从 图 2 可 以 看 出, 在 相 同 剪 切 高 度 下, 不 同 加 载 速 率 焊 点 的 断 裂 形 式 有 很 大 差 异 焊 点 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 的 断 口 形 貌 较 为 平 坦, 韧 窝 较 少, 为 韧 脆 混 合 型 断 裂, 如 图 2(f) 所 示 ; 随 着 加 载 速 率 的 增 大, 韧 窝 尺 寸 增 加, 当 加 载 速 率 为 1.00 mm/s 时, 断 口 形 貌 中 含 有 较 多 的 韧 窝, 且 韧 窝 分 布 均 匀, 属 典 型 的 韧 性 断 裂, 因 此 断 裂 在 钎 料 基 体 内 部, 离 界 面 较 远, 如 图 2(k) 所 示 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 在 加 载 速 率 0.05 mm/s 时, 焊 点 由 从 钎 料 基 体 内 部 断 裂 和 界 面 处 断 裂 的 混 合 断 裂 形 式 转 变 成 从 钎 料 基 体 内 部 韧 性 断 裂 形 式 2 试 验 结 果 与 分 析 2.1 焊 点 剪 切 力 学 性 能 图 1 为 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 与 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 加 载 速 率 与 剪 切 强 度 的 关 系 随 着 加 载 速 率 的 增 大, 两 种 钎 料 焊 点 的 剪 切 强 度 均 具 有 逐 渐 增 大 的 趋 势 从 图 1 可 以 看 出,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 的 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 时, 剪 切 强 度 为 40.8 MPa, 当 加 载 速 率 为 1.00 mm/s 时, 剪 切 强 度 为 49.6 MPa, 升 高 了 21.57%; 当 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 时, 剪 切 强 度 为 31.7 MPa, 当 加 载 速 率 为 1 mm/s 时, 剪 切 强 度 为 49.5 MPa, 升 高 了 56.15% 特 别 是 当 两 种 焊 点 的 加 载 速 率 由 0.01 mm/s 升 至 0.50 mm/s 时, 剪 切 强 度 升 高 的 数 值 尤 为 显 著 当 两 种 钎 料 焊 点 的 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 时, 剪 切 强 度 随 着 Ag 元 素 含 量 的 增 加 而 增 加 ; 随 着 加 载 速 率 的 增 大, 两 种 焊 点 的 剪 切 强 度 差 值 越 来 越 小, 当 加 载 速 率 为 1.00 mm/s 时, 两 种 材 料 焊 点 的 剪 切 强 度 的 差 值 近 乎 为 零 (a) 0.01 mm/s (b) 0.05 mm/s (f) 0.01 mm/s (g) 0.05 mm/s Sn3.0Ag0.5Cu Sn3.0Ag0.5Cu 剪 切 强 度 P/ MPa (c) 0.10 mm/s (h) 0.10 mm/s 加 载 速 率 v/(mm s -1 ) 图 1 两 种 焊 点 剪 切 强 度 与 加 载 速 率 的 关 系 2.2 焊 点 断 口 形 貌 图 2 为 不 同 加 载 速 率 下 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 (d) 0.50 mm/s (i) 0.50 mm/s

40 第 33 卷 第 2 期 杨 文 宣, 等 : 不 同 加 载 速 率 对 SAC/Cu 焊 点 剪 切 强 度 的 影 响 77 (e) 1.00 mm/s (j) 1.00 mm/s 图 2 Sn3.0Ag0.5Cu 焊 点 不 同 加 载 速 率 下 断 口 形 貌, (a)~(e) 为 焊 点 全 貌,(f)~(j) 为 局 部 放 大 图 图 3 为 不 同 加 载 速 率 下 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 断 口 形 貌, 从 图 3 可 以 看 出, 在 相 同 剪 切 高 度 下, 不 同 加 载 速 率 焊 点 的 断 裂 形 式 有 很 大 差 异 加 载 速 率 为 0.01 mm/s 的 焊 点 断 口 形 貌 较 为 平 坦, 韧 窝 出 现 的 较 少 和 较 浅, 为 韧 脆 混 合 型 断 裂, 如 图 3(f) 所 示 随 着 加 载 速 率 的 增 大, 韧 窝 的 数 量 和 深 度 不 断 增 加, 韧 窝 分 布 更 加 均 匀 密 集, 韧 性 断 裂 的 趋 势 更 加 明 显 当 加 载 速 率 为 0.50 mm/s 和 1.00 mm/s 时, 焊 点 断 口 形 貌 中 韧 窝 分 布 较 均 匀, 断 裂 形 式 表 现 出 韧 性 断 裂 的 倾 向, 因 此 断 裂 于 钎 料 基 体 内 部, 离 界 面 较 远, 如 图 3(i) 和 图 3(j) 所 示 剪 切 测 试 表 明, 不 同 加 载 速 率 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 断 口 形 貌 和 断 裂 形 式 存 在 显 著 差 异 (a) 0.01 mm/s (f) 0.01 mm/s (d) 0.50 mm/s (i) 0.50 mm/s (e) 1.00 mm/s (j) 1.00 mm/s 图 3 Sn0.3Ag0.7Cu 焊 点 不 同 加 载 速 率 下 焊 点 断 口 形 貌, (a)~(e) 为 焊 点 全 貌 图,(f)~(j) 为 局 部 放 大 图 为 了 了 解 不 同 材 料 在 相 同 加 载 速 率 下 断 裂 模 式 微 观 特 征 的 不 同 及 其 和 剪 切 强 度 的 联 系, 现 在 分 别 对 比 图 2(f) 和 图 3(f) 直 到 图 2(j) 和 图 3(j) 对 比 发 现, 在 相 同 的 速 率 下, 图 2(j) 的 韧 窝 数 量 比 图 3(j) 多, 分 布 状 况 和 大 小 都 要 比 图 3(j) 好, 韧 性 断 裂 的 趋 势 更 加 明 显, 即 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 韧 性 断 裂 趋 势 更 加 明 显, 但 是 在 图 2(j) 和 图 3(j) 中, 我 们 发 现 两 者 的 微 观 形 貌 特 征 相 似, 无 明 显 区 别 正 好 对 应 了 图 1 中 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 和 Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu 焊 点 剪 切 强 度 分 布, 前 者 的 剪 切 强 度 比 后 者 的 高, 但 是 加 载 速 率 到 了 1.00 mm/s 的 时 候 两 种 焊 点 的 剪 切 强 度 相 近 通 过 对 不 同 加 载 速 率 下 焊 点 剪 切 强 度 的 分 析 对 比, 发 现 加 载 速 率 对 BGA 焊 点 剪 切 强 度 的 大 小 有 很 大 影 响 : 随 着 加 载 速 率 的 增 加, 焊 点 的 剪 切 强 度 也 随 之 增 加, 但 是 增 长 趋 势 放 缓,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 在 相 同 加 载 速 率 下 比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 剪 切 强 度 高, 通 过 断 口 形 貌 特 征 发 现 这 是 因 为 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 比 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 更 趋 近 于 韧 性 断 裂, 从 而 加 大 了 剪 切 强 度 (b) 0.05 mm/s (c) 0.10 mm/s (g) 0.05 mm/s (h) 0.10 mm/s 3 结 论 (1) Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 和 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 的 剪 切 强 度 都 随 着 加 载 速 率 的 增 加 而 增 加 但 是 随 着 加 载 速 率 的 增 加, 焊 点 剪 切 强 度 的 增 加 趋 势 放 缓 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 的 剪 切 强 度 随 着 加 载 速 率 增 加 到 一 定 程 度 后 就 不 再 增 加 ; 在 加 载 速 率 相 同 时, Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊 点 的 剪 切 强 度 大 于 Sn0.3Ag0.7Cu/ Cu 焊 点 (2) Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 和 Sn0.3Ag0.7Cu/Cu 焊 点 在 加

41 78 电 子 工 艺 技 术 Electronics Process Technology 2012 年 3 月 载 速 率 为 0.01 mm/s 时, 断 口 形 貌 较 为 平 坦 为 脆 性 断 裂, 随 着 加 载 速 率 的 增 加, 断 口 的 韧 窝 数 量 不 断 增 加, 分 布 更 加 均 匀, 呈 现 出 韧 性 断 裂 两 种 焊 点 断 口 中 的 韧 窝, 随 着 剪 切 速 率 增 加 到 一 定 程 度 就 不 再 有 明 显 变 化 在 相 同 加 载 速 率 下,Sn3.0Ag0.5Cu 焊 点 的 韧 窝 数 量 和 分 布 情 况 都 优 于 Sn0.3Ag0.7Cu 焊 点, 即 韧 性 断 裂 的 趋 势 更 加 明 显, 剪 切 强 度 更 大 参 考 文 献 : [1] 罗 道 军. 无 铅 工 艺 的 标 准 化 进 展 [J]. 电 子 工 艺 技 术,2010,31 (1):9-11. [2] 申 灏, 邰 枫, 郭 福, 等. SnAgCu 系 钎 料 的 合 金 组 织 和 力 学 性 能 [J]. 电 子 元 件 与 材 料,2009,28(5): [3] 孙 静, 孟 工 戈, 陈 永 生. Sn-9Zn/Cu 焊 点 剪 切 强 度 及 断 口 形 貌 分 析 [J]. 电 子 工 艺 技 术,20110,32(5): [4] 田 艳 红, 杨 世 华, 王 春 青, 等. Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 无 铅 焊 点 剪 切 断 裂 行 为 的 体 积 效 应 [J]. 金 属 学 报,2010,46(3): [5] 安 荣, 刘 威, 杭 春 进, 等. 电 子 封 装 与 组 装 焊 点 界 面 反 应 及 微 观 组 织 研 究 进 展 [J]. 电 子 工 艺 技,2011,32(6): [6] Mayappan R, Ism ail A B, A hm ad Z A, et al. The effect of cross head speed on the joint strength between Sn-Zn-Bi lead-free solders and Cu substrate[j]. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 436( 1-2 ): [7] 王 春 青, 王 学 林, 田 艳 红. SnAgCu 无 铅 微 焊 点 剪 切 力 学 性 能 的 体 积 效 应 [J]. 焊 接 学 报,2011,32(4):1-4. 收 稿 日 期 : ( 上 接 第 70 页 ) [2] Shen L, Wang M, He Y, et al. Reflow profile simulation by finite element method for a BGA package[c] th International Conference on Electronics Packaging Technology, Piscataway, NJ, USA, 2005: [3] Hsin-yuan C, Kuo-yuan H, Tsung-shu L, et al. Thermal behavior analysis of lead-free flip-chip ball grid array packages with different underfill material properties[c] International Conference on Electronic Packaging Technology &amp, High Density Packaging (ICEPT-HDP), Piscataway, NJ, USA, (a) PCB [4] Guedon-Gracia A, Woirgard E, Zardini C. Reliability of lead-free BGA assembly: correlation between accelerated ageing tests and FE simulations[j]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2008, 8(3): [5] Baozong Z, Vivek P, Chinnu B, et al. FEA simulation and insitu warpage monitoring of laminated package molded with green EMC using Shadow Morie System[C] th International Conference on Electronic Packaging Technology, Piscataway, NJ, USA, (b) 芯 片 基 板 图 8 回 流 结 束 后 部 件 变 形 情 况 3 结 论 1) 模 拟 了 BGA 器 件 在 指 定 回 流 炉 下 的 回 流 焊 过 程, 在 所 设 定 的 温 度 边 界 条 件 下, 得 到 四 点 回 流 曲 线 模 拟 结 果 与 实 测 结 果 相 吻 合 2) 得 出 了 回 流 结 束 后 BGA 器 件 整 体 PCB 和 芯 片 基 板 的 温 度 分 布 图, 同 时 详 细 记 录 了 焊 球 阵 列 部 分 的 温 度 分 布 随 时 间 变 化 的 情 况, 得 到 回 流 结 束 后 PCB 和 芯 片 基 板 的 变 形 参 考 文 献 : [1] 王 永 彬. 影 响 BGA 封 装 焊 接 技 术 的 因 素 研 究 [J]. 电 子 工 艺 技 [6] 毛 信 龙. PCB 组 件 在 再 流 焊 过 程 中 热 变 形 的 建 模 与 仿 真 [D]. 天 津 : 天 津 大 学,2005. [7] Mittal S, Masada G Y, Bergman T L. Mechanical response of PCB assemblies during infrared reflow soldering [J]. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part A, 1996, 19(1): [8] Jiang T, Du Chao, Xu L. Finite element analysis and fatigue life prediction of BGA mixed solder joints[c] International Symposium on High Density Packaging and Microsystem Integration, Piscataway, NJ, USA, 收 稿 日 期 : 术,2011,32(3):