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表面技术白皮书
S.J.Muckett，M.E。 Warwick和P.E. 戴维斯编辑注：最初出版为K. Parker，《镀金和表面饰面》，73（1），44-51（1986），该论文获得了1987年AESF金牌的最佳纸张金牌，该纸在1986年发表在电镀和表面上。。。Muckett，M.E。Warwick和P.E. 戴维斯编辑注：最初出版为K. Parker，《镀金和表面饰面》，73（1），44-51（1986），该论文获得了1987年AESF金牌的最佳纸张金牌，该纸在1986年发表在电镀和表面上。。Warwick和P.E.戴维斯编辑注：最初出版为K. Parker，《镀金和表面饰面》，73（1），44-51（1986），该论文获得了1987年AESF金牌的最佳纸张金牌，该纸在1986年发表在电镀和表面上。随着时间的流逝，已经发现含有PB的焊料存在有关毒性和健康的问题。尽管如此，从历史的角度来看，这里讨论的工作，方法和结果仍然很有价值。通过将样品在135或170°C下衰老，检查了混合微电源设备的抽象焊接导体接头。在金/铂厚膜导体上，锡铅和依赖铅焊组形成了金属间化合物。在铜导体上，依赖型焊料的反应较低，但观察到渗透到导体孔中。在钨导体上，两种焊料都形成了高磷脆性镍化合物，带有电镍和电镀金沉积物。在厚膜混合微型电子产业中，可以在陶瓷基板上应用各种金属化的饰面，以形成用于印刷电阻，导体和导体土地以进行设备附件的电路图案。1电路图案通常是由厚膜油墨的丝网印刷产生的，厚膜油墨通常由悬浮在有机车辆中的金属粉末和玻璃弗里特组成。当需要高包装密度时，多层电路可能更合适。系统如下：然后，将厚膜基板施加燃烧状态，该启动燃烧有机物，部分烧结金属颗粒，并允许玻璃薄片与下面的陶瓷层融合。可以通过在连续的厚膜金属化层之间合并一层玻璃介电。厚膜导体和离散电子设备之间的互连经常是通过以糊状或奶油形式将其印刷到位的焊料合金丝网制成的。焊接焊接从奶油中除去溶剂，激活通量，并融化焊料合金的颗粒以润湿要连接的表面。除了良好的润湿外，金属化成分还必须抵抗焊料的浸出。这些因素已获得了大量研究，并且可以从厚膜油墨的制造商那里获得数据。对于高度可靠性，例如在军事和航空航天应用中，通常需要进行剧烈的环境和机械测试以及极端的服务条件的模拟来评估组件的质量和完整性。热休克，温度循环，热老化（燃烧）和振动测试都可以在某种程度上进行。对厚膜导体制造的焊接接头的完整性可能会受到此类条件的不利影响。2焊料和导体金属化之间的固态扩散反应可能对导体对基础底物的粘附有害，尤其是在长时间长时间进行高温时。我们研究的目的是确定温度升高时热老化对厚膜导体/焊料界面固态扩散反应的影响。研究了三种焊料合金和三个被认为适用于高可靠性军事和航空航天应用的厚膜导体系统之间发生的冶金反应。选择了我们使用的厚膜导体以提供一系列冶金不同的研究系统，而无意在材料之间进行特定的比较。先前发表的研究旨在量化锡铅焊料和许多底物3-10之间的固态扩散反应速率与本报告中的数据进行比较。在燃烧条件下提供了许多厚膜杂交底物的实验材料样品。在每种情况下，对所讨论的特定产品都认为射击条件被认为是正常的。
28nm 技术的 3D TSV 中介层和细间距焊料微凸块的质量和可靠性
随着互连密度不断缩小，以及制造更细间距基板的成本不断上升，使用传统有机堆积基板的倒装芯片封装在细间距布线方面面临着重大挑战。为了满足这些需求，TSV 中介层应运而生，成为一种良好的解决方案 [1-3]。TSV 中介层提供高布线密度互连，最大限度地减少 Cu/低 k 芯片与铜填充 TSV 中介层之间的热膨胀系数 (CTE) 失配，并由于芯片到基板的互连更短而提高电气性能。TSV 中介层晶圆是通过在硅晶圆上蚀刻通孔并用金属填充通孔来制造的。业界常用的两种 TSV 方法涉及“先通孔/中通孔”和“后通孔”工艺流程。本文中的工作使用“先通孔/中通孔”流程，因为它提供了互连密度的最大优势。通常，使用深反应离子蚀刻 (DRIE) 工艺蚀刻 TSV 通孔以形成高纵横比通孔。 TSV 的直径通常为 10-20 微米，深度为 50-100 微米。TSV 的壁衬有 SiO2 电介质。然后，形成扩散屏障和铜种子层。通过电化学沉积用铜填充通孔。使用化学机械抛光/平坦化 (CMP) 去除铜覆盖层。使用标准后端制造工艺在中介层顶部形成 M1 – Mx 的互连线。中介层顶部涂有钝化层并形成微凸块焊盘。
PCB 裂纹对采用单晶焊点的无源微电子元件热循环可靠性的影响
无铅锡基焊点通常具有单晶粒结构，取向随机，且特性高度各向异性。这些合金通常比铅基焊料更硬，因此在热循环期间会向印刷电路板 (PCB) 传递更多的应力。这可能会导致靠近焊点的 PCB 层压板开裂，从而提高 PCB 的柔韧性，减轻焊点的应变，进而延长焊料疲劳寿命。如果在加速热循环期间发生这种情况，可能会导致高估现场条件下焊点的寿命。在本研究中，使用偏光显微镜研究了连接陶瓷电阻器和 PCB 的 SAC305 焊点的晶粒结构，发现其大多为单晶粒。热循环后，在焊点下的 PCB 中观察到裂纹。这些裂纹很可能是在热循环的早期阶段在焊料损坏之前形成的。为了详细研究这些观察结果，我们开发了一种有限元模型，该模型结合了单晶焊点随温度变化的各向异性热性能和机械性能。该模型能够以合理的精度预测 PCB 和陶瓷电阻焊点中损伤起始的位置。它还表明，即使长度非常小的 PCB 裂纹也可能显著降低焊点中累积的蠕变应变和蠕变功。所提出的模型还能够评估焊料各向异性对陶瓷电阻相邻（相对）焊点损伤演变的影响。
柱栅阵列 (CGA) 与球栅阵列 (BGA)
摘要 考虑进行板级跌落试验，目的是开发一个具有物理意义的分析预测模型，用于评估焊料材料中预期的冲击引起的动态应力。讨论了球栅阵列 (BGA) 和列栅阵列 (CGA) 设计。直观地感觉，虽然应用 CGA 技术缓解焊料材料的热应力可能非常有效（因为 CGA 与 BGA 相比具有更大的界面柔顺性），但当 PCB/封装经历动态负载时，情况可能会大不相同。这是因为 CGA 接头的质量大大超过 BGA 互连的质量，并且在 CGA 设计的情况下，相应的惯性力可能大得多。针对相当随意但又现实的输入数据进行的数值示例表明，CGA 设计的焊料材料中的动态应力甚至高于 BGA 互连中的应力。这尤其意味着，应彻底选择板级测试中具有物理意义的跌落高度，并且对于 BGA 和 CGA 设计，该高度应该有所不同。
1206 芯片电阻器的热疲劳可靠性...
摘要 将含有大量铋 (Bi)、锑 (Sb) 和铟 (In) 合金添加剂的多种高性能无铅焊料合金的耐热疲劳性与近共晶 SAC305 (Sn3.0Ag0.5Cu) 焊料合金进行了比较。该研究使用带有零欧姆 1206 表面贴装片式电阻器的菊花链测试板作为测试工具。热循环采用三个不同的热循环曲线（0/100°C、-40/125°C 和 -55/125°C）进行，以满足电信、消费和航空航天/国防工业的资格要求。将焊料合金的相对热循环性能与早期研究使用两个球栅阵列测试组件的结果进行了比较。在之前的研究中，片式电阻器的合金性能排序与 BGA 组件不同。结果强调了使用多个测试组件来更彻底地了解新合金系统的热循环行为性能的重要性。使用威布尔统计、微观结构表征和故障模式分析来比较合金性能。
电子封装设备中微焊点的热疲劳失效：综述
摘要：电子封装产品在使用过程中，焊点在温度循环作用下发生热疲劳，对电子产品的性能和焊点的可靠性有显著的影响。本文对微电子封装焊点热疲劳失效机理、热疲劳过程的组织变化、对焊点疲劳寿命的影响因素以及热疲劳寿命的仿真分析与预测进行了综述。研究表明，在交变温度循环的高温阶段，焊点发生不均匀粗化，导致疲劳裂纹的产生。但焊料厚度和高温阶段的保持时间对热疲劳影响不显著。随着循环次数的增加，粗化区和IMC层不断增厚，裂纹沿金属间化合物（IMC）层与粗化区界面萌生并扩展，最终导致焊点失效。对于含铅和无铅焊料，含铅焊料表现出更快的疲劳裂纹扩展速率，并以穿晶方式扩展。温度和频率对焊点热疲劳寿命的影响程度不同，焊点的疲劳寿命可以通过多种方法和模拟裂纹轨迹进行预测，也可以通过使用统一的本构模型和有限元分析进行预测。
在不同等温衰老条件下无铅焊接接头的剪切强度降解建模
摘要 - 基于SAC的合金是最常见的焊料材料之一，用于在电子组件和印刷电路板之间提供机械支撑和电气连接。增强焊接接头的机械性能可以改善组件的寿命。定义焊料关节完整性的机械性能之一是剪切强度。这项研究的主要目的是评估不同衰老条件下SAC305焊接接头的剪切强度行为。Instron 5948带有定制纤维的微机械测试仪用于对单个焊接接头进行加速剪切测试。在不同的衰老时间（2、10、100和1,000 h）和不同的衰老温度（50、100和150 C）的情况下，以恒定应变率调查了SAC305 SAC305焊料焊接联合基因持续性（OSP）表面纤维。还检查了未流际焊接接头以进行比较。方差分析（ANOVA）可以确定每个参数对剪切强度的贡献。开发了一种一般的经验模型，以估算使用Arrhenius项的剪切强度作为衰老条件的函数。显微结构分析。结果揭示了f -Fintructuctintheartrenth wheatheatheating水平。随着衰老时间和温度的增加，观察到沉淀物变厚和金属间化合物（IMC）层厚度的增加。
锡镀层厚度对表面贴装技术用电子引线连接器润湿性、可焊性和电连接的影响
摘要 焊料的润湿性对于实现电子元件和印刷电路板 (PCB) 之间的良好可焊性非常重要。锡 (Sn) 镀层被广泛用于促进焊料在基板上的润湿性。然而，必须考虑足够的锡镀层厚度才能获得良好的润湿性和可焊性。因此，本研究调查了电子引线连接器的锡镀层厚度及其对润湿性和电连接的影响。在电子引线连接器表面应用了两种类型的锡镀层厚度，~3 μm 和 5 μm。研究发现，~3 μm 的薄锡镀层厚度会导致电连接失败，并且焊点润湿性和可焊性不足。5 μm 的较厚锡镀层厚度表现出更好的润湿性和可焊性。此外，电连接也通过了，这意味着较厚的锡镀层厚度提供了良好的焊点建立，从而带来了良好的电连接。还观察到，较厚的锡镀层厚度实现了更好的焊料润湿性。场发射扫描电子显微镜 (FESEM) 的结果表明，对于较薄的锡镀层厚度 (~3 μm)，引线连接器表面的金属间化合物 (IMC) 层生长被视为异常，其中 IMC 层被消耗并渗透到锡涂层的表面。这导致薄锡镀层与焊料的可焊性较差，无法形成焊点。本研究的结果有助于更好地理解考虑足够的锡镀层厚度的重要性，以避免锡镀层处的 IMC 消耗，以及更好的润湿性、可焊性和焊点质量，这对于表面贴装技术 (SMT) 尤其适用于电子引线连接器应用。
一种新型铜微孔辅助键合方法...
摘要 — 这项工作提出了一种新方法，将微/纳米级多孔铜反蛋白石 (CIO) 融入 Sn 基焊料微凸块中，与低温 CMOS 后端 (BEOL) 工艺兼容。微孔结构可使临界孔径小至 5 μm 甚至小至 200 nm（基于凸块尺寸）。这种多孔辅助键合技术具有巨大潜力，可提高细间距 Cu/Sn 键合界面的热导率和机械可靠性。在这项工作中，我们已成功制造并展示了直径为 100 μm 的 Cu 凸块上孔径为 3 μm 的基于 CIO 的微孔结构，实现了 3 μm - 5 μm 的目标厚度，这通过聚焦离子束显微镜 (FIB) 分析得到证实。Cu-CIO 和 Sn 焊料键合界面的微观结构和元素映射表明，熔融焊料可以渗透这些铜 CIO 微孔结构。这样，微凸块就可以通过毛细力进行自对准，形成坚固的机械相互扩散键。此外，采用简化的有限元法 (FEM) 表明，基于 CIO 的微/纳米多孔铜基质结构有可能将 Cu/Sn 键合层的等效热导率提高 2-3 倍。
印刷电路板上形成的热量在...期间的消散
1.1 焊料种类 ................................................................................................................................................................ 2 1.1.1 软焊料 ................................................................................................................................................................ 2 1.1.2 硬焊料 ................................................................................................................................................................ 4 1.2 助焊剂 ................................................................................................................................................................ 4 1.3 焊接技术 ............................................................................................................................................................. 5 1.3.1 手工焊接 ............................................................................................................................................................. 5 1.3.2 机器焊接 ............................................................................................................................................................. 5 1.4 潜热 ............................................................................................................................................................. 13