塑料封裝球柵陣列器件焊點(diǎn)的可靠性對(duì)比了充膠和未充膠塑料封裝球柵陣列（PBGA）器件在一40°C溫度循環(huán)條件下的熱疲勞壽命，采用光學(xué)顯微鏡研究了失效樣品焊點(diǎn)的失效機(jī)制，并分析了充膠提高器件熱疲勞壽命的機(jī)制最左側(cè)奸料球左上角處的裂紋長(zhǎng)度最長(zhǎng)，相應(yīng)地，最右側(cè)奸料球右上角的裂紋也最長(zhǎng)，而中間位置的焊球即使在邊角處也只有少量裂紋，并且4個(gè)樣品的結(jié)果都一樣。由此可以看出，熱循環(huán)至500周時(shí)有的焊球裂紋已經(jīng)接近芯片焊盤的一半，可視為臨界失效。
000周未充膠樣品，亦隨機(jī)抽取4個(gè)進(jìn)行剖面。
000周樣品的裂紋情況，即可推斷裂紋由焊球左右兩端萌生，并且隨著熱循環(huán)的進(jìn)行逐漸向中間擴(kuò)展。
2.1.2已充膠樣品的焊點(diǎn)壽命為了研究充膠對(duì)PBGA樣品熱疲勞壽命的影響，作者還對(duì)4個(gè)充膠樣品進(jìn)行了熱循環(huán)），而另一部分組織很粗糙（如箭頭2所示）。局部放大組織如（b）所示。EDS結(jié)果表明：粗糙區(qū)域是錫鉛銀焊料，而組織致密平整的區(qū)域?yàn)榻饘匍g化合物，并且器件端和基板端的IMC成分并不一樣。表2所列是器件端和基板端IMC成分分析結(jié)果。
從表2中兩種金屬間化合物的摩爾分?jǐn)?shù)可以推斷出：光學(xué)顯微鏡下靠近芯片焊盤的那層IMC為Ni3Sn2，而靠近焊料的那層IMC為NiSn3.雖然在2000周未充膠樣品斷口形貌圖表2器件端和基板端IMCSn，Ni元素含量現(xiàn)有的平衡相圖中有過(guò)類似的報(bào)道。斷口分析可以得出這樣的結(jié)論：裂紋有兩種擴(kuò)展機(jī)制，有的裂紋沿著芯片焊盤附近焊料內(nèi)部的粗大晶粒擴(kuò)展，有的則沿著兩層金屬間化合物的界面擴(kuò)展。由于Ni3Sm和NiSn3界面相對(duì)平直，因而斷口致密平整。
另外，光學(xué)顯微鏡觀察還發(fā)現(xiàn)，不同位置的焊球斷口IMC區(qū)域所占面積分?jǐn)?shù)并不相同。焊球陣列中間位置的焊球中，IMC所占斷口面積比例較大，而陣列邊緣部分的焊球焊點(diǎn)主要是在界面附近的焊料內(nèi)斷開(kāi)，如所示。
不同焊球斷口形貌斷口分析發(fā)現(xiàn)斷面包含兩個(gè)IMC區(qū)域，說(shuō)明有的裂紋沿著芯片焊盤附近焊料內(nèi)部的粗大晶粒擴(kuò)展，有的則沿著兩層金屬間化合物的界面擴(kuò)展。
裂紋萌生由焊球近硅芯片界面處的左右兩端萌生，隨著熱循環(huán)的進(jìn)行逐漸沿該界面向中間擴(kuò)展。界面處裂紋的萌生和擴(kuò)展是應(yīng)力應(yīng)變集中、焊料組織粗化、脆性金屬間化合物的生成等各金屬學(xué)和力學(xué)因素共同作用的結(jié)果。
致謝盛玫、于麗紅小姐和肖克來(lái)提博士曾協(xié)助作者做掃描電鏡實(shí)驗(yàn)；另外，肖克來(lái)提、張群、程波三位博士還給作者提出許多有價(jià)值的建議，在此向他們表示衷心的感謝！
3結(jié)論內(nèi)已有裂紋產(chǎn)生，不能滿足某些領(lǐng)域?qū)ζ骷母呖煽啃砸蟆?/span>
2）充膠可以使熱應(yīng)力在焊點(diǎn)陣列內(nèi)均勻分布，并大大降低最大應(yīng)力值，從而改善PBGA的熱疲勞壽命，實(shí)驗(yàn)表明即使經(jīng)過(guò)2000周的溫度循環(huán)，除了界面附近的組織粗化之外，焊點(diǎn)沒(méi)有開(kāi)裂的跡象。
3）不同的焊球、甚至同一焊球的不同位置，裂紋萌生位置和擴(kuò)展的遍度也不相同。
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