LGA封装器件焊接工艺技术研究
发布时间：2022-01-23 23:31
随着电子封装行业的不断发展,大功率、高集成度、微型化、高可靠性的LGA器件在航天产品中得到越来越多的应用。采用现有工艺焊接LGA器件后,发现焊点中的空洞率较高,有时超过15%,不满足标准要求。其主要原因是这种器件的焊接高度比较低,一般在50.8μm76.2μm之间,而过低的焊接高度导致焊接过程中助焊剂内的溶剂和水气挥发后很难从焊膏中排出,从而形成空洞。空洞可能降低焊点导热性能、机械强度等,严重影响电子产品的可靠性。为了满足航天电子产品的高可靠性应用需求,本文对LGA器件的焊接工艺方法进行了改进,并对改进后的工艺进行理论分析验证及可靠性试验。本文主要内容是从LGA器件二次焊接工艺、植球工艺、预成型焊片焊接工艺、焊点的有限元理论分析等方面开展相关研究。首先采用了三种工艺方法焊接LGA器件,通过控制工艺参数,优化工艺路线,接着使用X-ray检测焊点空洞率,对试验电路板进行可靠性试验,金相分析观察合金层厚度,然后根据空洞率多少、试验成本、操作的复杂程度等综合因素确定较为合适的改进工艺方法。最后以工艺方法改进前后的焊点高度为变量,建立有限元模型,利用Ansys workbe...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LGA封装器件示意图
针对新的封装技术，研究相对应的新工艺显得尤为重要。芯片的封装形式随着制造工艺技术的提高在不断变化，经历了几代的发展与更新，从开始鼻祖 DIP、早期强豪 QFP、一代强手 TSOP、中流砥柱 BGA/CSP、主流 CPU 封装技术 PGA、高性能芯片封装技术首选 LGA 到新兴力量 MCM 和 3D 封装技术等[1][2]，技术指标逐渐趋向完善，引脚数目越来越多，体积变小，质量变轻，芯片面积越来越接近封装面积，使用的频率越来越高，耐温范围在不断增加，更重要的是可靠性提高了。芯片封装形式的改变也促使了表面组装技术的发展，不同的芯片封装使用的焊接工艺不同，组装高密度化、多样化、小型化、可靠性更高是目前表面组装技术发展的方向。球栅阵列封装（Ball Grid Array Package，BGA）是目前使用比较多的一种封装器件，这种封装的引脚在封装器件的下方，实现了集成电路引脚由四周引线方式向平面阵列方式的转变，引脚数目明显增多，引脚排列根据需求可以有多种方式。而栅格阵列封装（LandGrid Array，LGA）是与 BGA 很相似的一种封装形式，属于面阵列封装形式，这种封装器件一出现就因为其封装体积小、安装高度低、可靠性高受到广泛使用，引脚数目与传统高密度 QFP 器件相比，与 QFP 相同尺寸的 LGA 封装器件引脚可达到 600~1200 个，引脚最多高达 2577 个[3]，其示意图如图 1.1 所示，实物图如图 1.2 所示。
LGA 封装器件底部只有焊盘，焊盘形式分为两种，分别是方形焊盘和圆形产品实际生产过程中，LGA 焊接后焊点高度只有 50.8μm~76.2μm[4]，甚至更的降低不仅使封装体的总体高度降低了，而且改善了 LGA 封装器件的抗振抗跌落的性能，同时引脚数目增多、组装集成度提高，使其成为高性能芯片焊接高度的降低也带来了一些问题，出现焊接过程中助焊剂汽化后难排出、等问题，最后导致焊点空洞率比较高，高的空洞率会影响焊点的导热性能、严重影响电子产品的可靠性。如图 1.3 所示是目前大部分企业针对 LGA 器件所使用的焊接工艺流程，在下，回流焊接后使用 X-ray 检测焊点，会有空洞现象的产生，并且空洞率高于列封装器件组装通用要求》（GJB4907-2003）规定的 15%。企业针对上述多工艺改进，查阅大量资料表明，通过调整网板开口比例、开口方式、优化温印刷参数等方式对减少 LGA 器件的空洞率效果不是很明显，因此需要找到工艺来代替现有工艺，使得焊接 LGA 封装器件后焊点空洞率能够满足要求成本降低，操作简单。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷印工艺的LGA焊点缺陷的类型与原因[J]. 吕俊杰. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[2]LGA焊点形态对焊点寿命影响的有限元分析[J]. 赵志斌,吴兆华. 电子工艺技术. 2013(06)
[3]恒温箱温度偏差分析[J]. 张荣,孙明燕. 环境技术. 2011(02)
[4]雷达电子装联中LGA器件的表面组装技术[J]. 林伟成. 电子工艺技术. 2010(03)
[5]芯片封装技术的发展历程[J]. 鲜飞. 印制电路信息. 2009(06)
[6]无铅再流焊接PBGA空洞缺陷研究[J]. 孙磊,刘哲,樊融融. 电子工艺技术. 2009(02)
[7]引线间距对QFP焊点的可靠性影响的有限元分析[J]. 盛重,薛松柏,张亮,皋利利. 焊接学报. 2008(05)
[8]电子组装中焊点的失效分析[J]. 宁叶香,潘开林,李逆. 电子工业专用设备. 2007(09)
[9]CCGA焊点热循环加载条件下应力应变有限元分析[J]. 黄春跃,周德俭,李春泉. 桂林电子工业学院学报. 2001(03)
[10]SMT焊点质量金相检测[J]. 王笃诚,史孟华. 电子工艺技术. 1998(01)
硕士论文
[1]航天产品中的CCGA装联技术研究[D]. 陈良良.北华航天工业学院 2017
[2]军工电子产品有铅无铅混装工艺的可靠性研究[D]. 强楷雯.北华航天工业学院 2015
[3]表面贴装类接插件装焊工艺研究[D]. 刘雅.北华航天工业学院 2015
[4]宇航产品高密度SMT可靠性的研究[D]. 刘旭明.北华航天工业学院 2014
[5]柴油发动机缸垫密封可靠性技术研究[D]. 孙嵩楠.辽宁工业大学 2014
[6]典型PBGA封装热—结构分析及其优化[D]. 马潇.西安电子科技大学 2013
[7]渐开线直齿圆柱齿轮参数化修形研究与应用软件开发[D]. 杜金成.东北大学 2012
[8]基于ANSYS组合涡旋型线参数化设计与涡旋齿温度场分析[D]. 熊珊.兰州理工大学 2012
[9]热与振动联合作用下塑料球栅阵列封装中焊点可靠性分析[D]. 邓定宇.南京航空航天大学 2011
[10]手机用印制电路板开裂盲孔与失效焊点的表征分析及研究[D]. 纪丽娜.复旦大学 2010
本文编号：3605373
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LGA封装器件示意图
针对新的封装技术，研究相对应的新工艺显得尤为重要。芯片的封装形式随着制造工艺技术的提高在不断变化，经历了几代的发展与更新，从开始鼻祖 DIP、早期强豪 QFP、一代强手 TSOP、中流砥柱 BGA/CSP、主流 CPU 封装技术 PGA、高性能芯片封装技术首选 LGA 到新兴力量 MCM 和 3D 封装技术等[1][2]，技术指标逐渐趋向完善，引脚数目越来越多，体积变小，质量变轻，芯片面积越来越接近封装面积，使用的频率越来越高，耐温范围在不断增加，更重要的是可靠性提高了。芯片封装形式的改变也促使了表面组装技术的发展，不同的芯片封装使用的焊接工艺不同，组装高密度化、多样化、小型化、可靠性更高是目前表面组装技术发展的方向。球栅阵列封装（Ball Grid Array Package，BGA）是目前使用比较多的一种封装器件，这种封装的引脚在封装器件的下方，实现了集成电路引脚由四周引线方式向平面阵列方式的转变，引脚数目明显增多，引脚排列根据需求可以有多种方式。而栅格阵列封装（LandGrid Array，LGA）是与 BGA 很相似的一种封装形式，属于面阵列封装形式，这种封装器件一出现就因为其封装体积小、安装高度低、可靠性高受到广泛使用，引脚数目与传统高密度 QFP 器件相比，与 QFP 相同尺寸的 LGA 封装器件引脚可达到 600~1200 个，引脚最多高达 2577 个[3]，其示意图如图 1.1 所示，实物图如图 1.2 所示。
LGA 封装器件底部只有焊盘，焊盘形式分为两种，分别是方形焊盘和圆形产品实际生产过程中，LGA 焊接后焊点高度只有 50.8μm~76.2μm[4]，甚至更的降低不仅使封装体的总体高度降低了，而且改善了 LGA 封装器件的抗振抗跌落的性能，同时引脚数目增多、组装集成度提高，使其成为高性能芯片焊接高度的降低也带来了一些问题，出现焊接过程中助焊剂汽化后难排出、等问题，最后导致焊点空洞率比较高，高的空洞率会影响焊点的导热性能、严重影响电子产品的可靠性。如图 1.3 所示是目前大部分企业针对 LGA 器件所使用的焊接工艺流程，在下，回流焊接后使用 X-ray 检测焊点，会有空洞现象的产生，并且空洞率高于列封装器件组装通用要求》（GJB4907-2003）规定的 15%。企业针对上述多工艺改进，查阅大量资料表明，通过调整网板开口比例、开口方式、优化温印刷参数等方式对减少 LGA 器件的空洞率效果不是很明显，因此需要找到工艺来代替现有工艺，使得焊接 LGA 封装器件后焊点空洞率能够满足要求成本降低，操作简单。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷印工艺的LGA焊点缺陷的类型与原因[J]. 吕俊杰. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[2]LGA焊点形态对焊点寿命影响的有限元分析[J]. 赵志斌,吴兆华. 电子工艺技术. 2013(06)
[3]恒温箱温度偏差分析[J]. 张荣,孙明燕. 环境技术. 2011(02)
[4]雷达电子装联中LGA器件的表面组装技术[J]. 林伟成. 电子工艺技术. 2010(03)
[5]芯片封装技术的发展历程[J]. 鲜飞. 印制电路信息. 2009(06)
[6]无铅再流焊接PBGA空洞缺陷研究[J]. 孙磊,刘哲,樊融融. 电子工艺技术. 2009(02)
[7]引线间距对QFP焊点的可靠性影响的有限元分析[J]. 盛重,薛松柏,张亮,皋利利. 焊接学报. 2008(05)
[8]电子组装中焊点的失效分析[J]. 宁叶香,潘开林,李逆. 电子工业专用设备. 2007(09)
[9]CCGA焊点热循环加载条件下应力应变有限元分析[J]. 黄春跃,周德俭,李春泉. 桂林电子工业学院学报. 2001(03)
[10]SMT焊点质量金相检测[J]. 王笃诚,史孟华. 电子工艺技术. 1998(01)
硕士论文
[1]航天产品中的CCGA装联技术研究[D]. 陈良良.北华航天工业学院 2017
[2]军工电子产品有铅无铅混装工艺的可靠性研究[D]. 强楷雯.北华航天工业学院 2015
[3]表面贴装类接插件装焊工艺研究[D]. 刘雅.北华航天工业学院 2015
[4]宇航产品高密度SMT可靠性的研究[D]. 刘旭明.北华航天工业学院 2014
[5]柴油发动机缸垫密封可靠性技术研究[D]. 孙嵩楠.辽宁工业大学 2014
[6]典型PBGA封装热—结构分析及其优化[D]. 马潇.西安电子科技大学 2013
[7]渐开线直齿圆柱齿轮参数化修形研究与应用软件开发[D]. 杜金成.东北大学 2012
[8]基于ANSYS组合涡旋型线参数化设计与涡旋齿温度场分析[D]. 熊珊.兰州理工大学 2012
[9]热与振动联合作用下塑料球栅阵列封装中焊点可靠性分析[D]. 邓定宇.南京航空航天大学 2011
[10]手机用印制电路板开裂盲孔与失效焊点的表征分析及研究[D]. 纪丽娜.复旦大学 2010
本文编号：3605373
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