QFP焊点可靠性研究
Anand本构方程在焊点可靠性研究中的应用
Anand本构方程在焊点可靠性研究中的应用王旭艳;徐仁春;刘刚【摘要】焊点可靠性直接决定了电子产品的使用寿命.因此,在微电子领域,对焊点可靠性提出了更高的要求.有限元模拟技术是研究焊点可靠性的重要手段.综合评述了一种统一了蠕变和塑性变形的非线性本构方程-Anand本构模型；概述了其发展演变过程及研究现状；介绍了该本构方程中9个参数的计算规则,并进一步分析了目前国内外对于本构方程参数的确定以及进一步的改进情况.在焊点可靠性研究方面,评论了该模型在无铅QFP、BGA焊点应力-应变分析及焊点疲劳寿命预测方面的应用,为焊点可靠性的研究提供了理论指导.同时,为了更好的研究无铅焊点的可靠性,对该模型的构建及修正提出了新的需求.%Service life of the electronics is decided by the reliability of solder joint .therefore,higher reliability of the solder joint is required in the field of micro-electronics.Finite Element Modeling technology is an important method to study the reliability of solder joint.Anand constitutive model which is a nonlinear equation unified with creep and plastic deformation was reviewed systematically in the text.Evolution,study status and the calculation of nine constants of this constitutive equation were introduced,and the determination of parameters and modification of the constitutive equation at home and abroad were analysed.In aspect of study of solder joint reliability .applying of the constitutive model to stress-strain analysis and fatigue life of QFP and BCA solder joint was discussed,which can provide the theory guide for practical applications.Meanwhile,new requirement for building andamending the constitutive model was proposed to study the reliability of solder joint better.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2012(042)012【总页数】4页(P66-69)【关键词】Anand本构模型;蠕变;微电子焊接;焊点可靠性【作者】王旭艳;徐仁春;刘刚【作者单位】南京电子技术研究所,江苏南京210039;南京汽车集团有限公司,江苏南京210061;南京电子技术研究所,江苏南京210039【正文语种】中文【中图分类】TG453+.90 前言在微电子工业中，随着手机、笔记本电脑等便携式电子产品的微型化需求，促进了电子元器件也向微型化、高密度方向转化，导致焊点的尺寸也越来越小。
QFP焊接难点研究
QFP焊接难点研究随着电子设备的不断发展和普及，QFP（Quad Flat Package）焊接已经成为一种常见的焊接方式。
然而，在实际应用中，QFP焊接仍然存在一些难点，需要进行深入的研究和解决。
本文将对QFP焊接的几个难点进行探讨。
首先，QFP焊接中的引脚多、间距小，因此，焊接精度要求较高。
精确控制温度和焊接时间是保证焊接质量的关键。
对于大规模生产来说，采用自动化设备进行焊接是最好的选择，因为它能够保证焊接参数的一致性。
对于小批量生产或研发阶段，手工焊接是常见的方法，但是需要操作人员具备一定的焊接技术和经验。
其次，QFP焊接过程中，焊接温度的均匀性也是一个难点。
由于QFP的引脚密度较高，如果焊接温度不均匀，容易出现焊接不良或引脚错位的问题。
解决这个难点的一种方法是采用热板技术，即将整个QFP底部加热至一定温度，以确保整个焊接过程中温度的均匀性。
第三，QFP焊接中，焊料的选择也是一个关键因素。
常用的焊料有无铅焊料和铅锡焊料。
无铅焊料相对环保，但焊接温度较高，易引起焊接应力和退火问题；铅锡焊料容易操作，但存在环境污染问题。
因此，根据具体情况选择合适的焊料非常重要。
另外，QFP焊接中，PCB（Printed Circuit Board）材料和厚度也会对焊接质量产生影响。
PCB材料的热传导性和热膨胀系数会影响焊接温度的分布和焊接应力的释放，因此需要选用适合的PCB材料。
而PCB的厚度也会影响焊接过程中的温度响应速度和温度均匀性，因此需要对焊接参数进行相应的调整。
最后，QFP焊接过程中的静电问题也需要引起重视。
静电会对QFP芯片带来损害，甚至会造成短路或故障。
因此，在焊接过程中应注意防静电措施，如穿戴合适的防静电服装，使用防静电工具等，以确保焊接过程的安全性和稳定性。
综上所述，QFP焊接虽然是一种成熟的焊接方式，但仍然存在一些难点需要解决。
通过研究和探索焊接精度、焊接温度均匀性、焊料选择、PCB材料和厚度以及静电问题等方面的技术和方法，可以提高QFP焊接的质量和可靠性，进一步推动电子设备的发展。
qfn封装焊接的检验标准
qfn封装焊接的检验标准
QFN（Quad Flat Non-leaded Package）封装是一种无引脚的表面贴装封装，常用于集成电路和传感器等电子器件的封装。
焊接QFN封装时，需要进行严格的检验以确保焊接质量和可靠性。
以下是QFN封装焊接的检验标准：
1.外观检查：对QFN封装进行外观检查，检查焊点是否平整、无裂纹、无气泡、无短路等缺陷。
2.X射线检查：使用X射线检测设备对焊接点进行检测，检查焊点是否存在缺陷和裂纹等问题。
3.热冲击测试：将QFN封装放入高温环境下，观察焊点是否出现裂纹或变形等问题。
4.电性能测试：使用电路测试仪器对焊接点进行电性能测试，检查焊点的电性能是否符合要求。
5.机械强度测试：对QFN封装进行机械强度测试，检查焊点的机械强度是否符合要求。
以上是QFN封装焊接的基本检验标准，不同厂家和产品可能还会有其他特殊要求。
为了确保焊接质量和可靠性，建议在生产过程中严格按照标准进行检验和测试。
两种加固方式下QFP封装芯片焊点受力工艺研究
两种加固方式下QFP封装芯片焊点受力工艺研究摘要：QFP（Quad Flat Package）封装是一种常见的集成电路封装形式。
在实际应用中，QFP封装芯片的焊点容易受到力的作用而发生松动、断裂等问题，影响设备的正常工作。
为解决这个问题，本研究探讨了两种常见的加固方式，即弧焊加固和胶加固，在不同受力工艺下对焊点的影响。
研究结果表明，在加固过程中，胶加固能够有效提高焊点的耐力，降低焊点出现失效的概率，适用于受到较大力的情况。
而弧焊加固则适用于受到较小力的情况。
本研究为QFP封装芯片焊点的加固工艺提供了参考。
关键词：QFP封装；焊点；加固方式；弧焊；胶加固引言QFP（Quad Flat Package）封装是一种主要应用于集成电路的封装形式，具有体积小、引脚多、功耗低等优点，在电子设备中得到广泛应用。
然而，由于QFP封装芯片的焊点容易受力而发生松动、断裂等问题，影响设备的正常工作。
因此，对QFP封装芯片的焊点进行加固是非常必要的。
1.实验背景为了研究QFP封装芯片焊点受力工艺，我们选择了两种常见的加固方式，即弧焊加固和胶加固。
2.实验设计2.1实验材料实验所使用的材料包括QFP封装芯片、封装基板、钎焊锡和导电胶。
2.2实验步骤首先，将QFP封装芯片焊点与封装基板上的引脚对齐，并使用钎焊锡进行焊接。
然后，将加固方式分为两组：一组使用弧焊进行加固，另一组使用胶进行加固。
每组实验设置三个不同的受力工艺，即受到小力、中力和大力。
3.实验结果通过对实验数据的分析，我们得出了以下结论：-在受到小力的情况下，使用弧焊加固能够有效提高焊点的耐力，减少焊点断裂的概率。
-在受到中力的情况下，胶加固能够显著提高焊点的耐力，降低焊点松动的概率。
-在受到大力的情况下，胶加固相较于弧焊加固，能够更好地增强焊点的耐力和稳定性。
4.结论本研究通过对QFP封装芯片的焊点受力工艺进行研究，发现胶加固是一种有效的加固方式，能够显著提高焊点的耐力，降低焊点失效的概率。
QFN器件封装技术及焊点可靠性研究进展
QFN 器件封装技术及焊点可靠性研究进展随着电子设备的不断发展和更新，对器件的封装方式也提出了更高的要求。
传统的DIP（Dual in-line Package）和SOP（Small Outline Package）封装已经不能满足高密度、小体积的产品设计要求，QFN （Quad Flat No-leads）封装因其小尺寸、易于制造和高可靠性的特点受到了广泛的关注和应用。
本文将综述QFN 器件封装技术及其焊点可靠性研究进展。
一、QFN 封装技术的发展QFN 是一种新型的小封装器件，其与SOP 封装相比较，具有尺寸更小，耐机械应力和环境温度变化的能力更强，并且因其无引线封装技术，可以减少因引线老化、断裂导致的坏点率。
随着QFN 应用的不断推进，越来越多的生产厂家开始研究和开发QFN 封装技术。
目前基于QFN 封装技术已经发展出了多种类型，常用的有QFN、DFN、SON 封装。
QFN 封装结构特点QFN 封装结构示意图如下图所示：QFN 封装通常会有金属片和封装耳两个部分。
金属片是做为引子追踪结构，充当芯片和基板的连接。
封装耳的设计旨在增加由于温度差异及机械应力的变化而可能导致的应力释放功能。
同时，又因为QFN 封装表面积小，增加封装耳的数量没有大尺寸封装那么容易。
因此，在QFN 封装中，采用封装耳的技术，但是数量要限制，大约在周边6 个位置左右。
QFN 封装工艺步骤QFN 封装工艺主要包括芯片焊接、烤合、粘接和切割等步骤。
该流程包括如下工艺步骤：Step1：基板清洗基板的清洗是为了去除表面的污垢，确保焊接质量。
Step2：芯片焊接将芯片银浆点焊到基板下面，然后将芯片与基板烤合在一起。
Step3：烤合在热板上，加热芯片和基板，使之彼此结合。
Step4：粘接在芯片上部涂上粘接剂，将芯片贴到基板上。
Step5：切割采用拉丝式切割，即先在芯片上把一定深度的切缝拉开，再用剪刀或切割机进行切割。
以上这些步骤构成了QFN 器件封装过程中的主要流程，总体来说相比传统的SOP 封装方式而言，QFN 封装流程更加的严格，也更加复杂。
波峰焊接下的QFP和DIP焊盘DFM分析
波峰焊接下的QFP和DIP焊盘DFM分析作者：吴信振来源：《中国科技博览》2017年第06期[摘要]对于焊接的表面安装技术已经在电子产品进行广泛的使用，但是对于以往的波峰焊接技术还在继续使用中。
所以本文将会对波峰焊接相关工艺进行研究，主要这对于难度非常大的具有1.27mm的细间距单插针，还有距间元件为AFP0.5mm的波峰焊接技术进行分析。
[关键词]波峰焊接；DFP；焊盘设计中图分类号：TN605 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0016-02本文对波峰焊接进行试验时，使用的是THT和SMT两种元件进行分析，主要的研究对象就是1.27mm细间距单排插针、QFP0.5mm的间距元件。
进行焊接设计时，使用的是不同的工艺、不同的形式和尺寸。
1.27mm细间距的单排插针和QFP0.5mm的间距QFP元件是目前波峰焊接技术最具有代表性的，对它们的研究将会对以后实际焊接工作具有很大的影响。
一、分析和试验（一）实验板DFM试验板分为底部信号层、中间地层、电源层、顶层这六个层，它的长宽尺寸是170mm170mm。
有关实验板的元件可分为两种：首先就是表面安装的元件，它具有AFP、SOP、阻容元件；其次就是通孔元件，它具有DIP8的芯片、1.27mm细间距单排针。
见图1观察。
焊盘设计包括两种，一是0.5mm间距的QFP元件，另外一个是1.27mm间距的THT单排插针。
其中QFP元件的焊盘设计可分为三种，有两种是根据波峰焊接的特征进行设计的，可见图2，还有一种就是根据SMT标准的焊盘进行设计的，如图3所示。
其中1.27间距的40针单排插针存在这两种形式的焊盘设计，分别是菱形和双圆形。
这两种的焊盘间距是分别是：0.2mm，0.1mm ；同时还存在着两种排布组合：交错排布，一致排布，还存在这两种的孔径：d0.800mm，d0.762mm 。
从而构成了三组（G、H、I）以及九排的阵列。
可以根据图4观察插针的图形和排列，尺寸可见表1.（二）焊接材料和工艺将助焊剂的材料分为六种，分别标记为：A、B、C1、C2、C3、D。
提高QFN封装元件焊接质量的分析
提高QFN封装元件的焊接质量分析摘要:QFN封装元件由于具有良好的电和热性能、体积小、重量轻等优点,在电子产品中越来越广泛的推广和应用,目前,在航天电子产品中QFN也有不少应用。
QFN封装和CSP有些相似,但底部不是锡球,它有一个中央裸焊端和周围的电极接触点,均需要焊接到PCB上。
由于焊盘在元件的底部,焊接后返修困难大,要求每次焊接都要有良好的焊接效果。
关键字:QFN封装焊接质量虚焊网板引脚温度曲线返修1前言QFN(Quad Flat No-lead Package,四侧扁平无引脚封装)是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料和陶瓷作为密封材料的新兴的表面贴装芯片封装技术。
封装四侧配置有电极接触点,没有引脚,封装底部中央位置有一个面积裸露的焊盘,主要有导热和接地作用。
由于QFN封装不像传统的TSOP封装那样具有欧翼状引线,内部引脚于焊盘之间的电路径短,自感系数以及封装体内部线组很低,所以它能提供卓越的电性能。
此外,它还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能,该焊盘具有直接散热的通道,用于释放封装体内的热量。
通常,将散热焊盘直接焊接在电路板上,并且PCB 中的散热孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中,从而吸收多余的热量。
QFN 贴装占有面积比QFP 小,高度比QFP低,但是当印制板与封装之间产生应力时,在电极接触处就不能得到缓解。
因此电极接触点难于做到QFP的引脚那样多,一般从14到100左右。
在我们接触到的QFN中以塑料封装的为主,电极接触点中心距除1.27mm外,还有0.65mm和0.5mm两种。
由于它体积小、重量轻、散热效果好,非常适合应用在高密度印制电路板上,但是由于QFN的焊盘主要在元件的底部,它的焊接效果、检测以及返修是我们关注的焦点。
2控制散热焊盘上的锡膏量QFN中间散热焊盘上的锡膏量的多少是决定元件焊接质量的关键因素。
QFN中间的大焊盘通常有接地和散热的作用,通常为了避免大功率元件在散热不好的情况下失效,该焊盘的锡膏量应该尽可能的多以保证接触良好,但是一定要注意网板开口的比例,可以减少虚焊和短路的发生。
QFP焊点可靠性研究
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总 第９ ２期 ２１ ０ ０年 １ ２月
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ＱＦ 点可 靠性 研 究 Ｐ焊
邓 小 军
（ 锡 创立 达 科 技 有 限 公 司 ，江 苏 无锡 ２ ４ ４ ） 无 １ １２
中图分类号 ：Ｔ ３ ５９ 文献标 识码 ： Ｎ ０． ４ Ａ
文章编号 ：１８ ．０ ０ （０ ０ ２０ ０ ．４ ６ １１７ ２ １ ）１．０ ８０
Ｒｅｅ ｒｈｏ ｌ ｂｌｙｏ ＰＳ ｌｅ ｏｎ ｓａ ｃ ｎＲｅ ａ ｉｔ ｆ ｉ ｉ ＱＦ ｏｄ ｒ ｉｔ Ｊ
ＤＮ Ｅ ＧＸｉ － ｎ ａｊ ｏｕ
然而铅 对人 体存 在神 经毒性 等 危害 ，对环境 存 在重
金属污染【，使得无铅化的 Ｉ ” ｃ引脚焊点研究早在 １７ ０ ９
年 代就 已受到业 界的重视 。
２ Ｑ Ｐ焊 点 的 Ａ ＹＳ模 型 Ｆ ＮＳ
塑性 应变 是引起 焊 点材料 失效的 主要原 因 。 由 于 ＱＦ Ｐ引脚厚度较 大及焊 点对其有 约束性 ，故将其 简化 为平 面应 变 问题 。
ｒｓａｃｅ ｏ ｌａ—ｅ ｌｅ ． ｈ ｌ ｔ ｒｉｉｔｅ ｉ ｆｃ ｒ ｈｃ ｆ ｔｔｅ ｅａ ｉ ｙ ｆｈ ｌｅｊｉｔ ｅｅｒｈｓ ｆｅｄｆ ｅ ｏｄｒ Ｔ ｅ ａ ｉ ｓａ ｎ ａｔ ｉ ａ ｅ ｓｈ ｌｂｌ ｔｅ ｏ ｒｏｎ ｒ ｓ ｓ ｐ ｓｃ ｔ ｎ ｓｈ ｍａ ｏ ｗ ｈ ｆ ｃ ｒ ｉ ｉ ｏ ｔ ｓｄ ｉ ｅｔ ｎｃ ｐ ｃａｉｇ ａｃｒｉｇ ｏｓｌｅｓ ｉ ｆ ｒｎ ｅ ｍｅｔ （ｎ ｂＡｇ ｕ ｎ ｔ ， ｌ ｌ ｅ ｎｅ ｃ ｏ ｉ ａｋｇｎ ，ｃｏｄ ｄｒ ｗ ｔ ｄ ｆ ｅ ｔｌ ｎｓ Ｓ ， ， ， ）ａｄ ａ ｏｗｅ ａ ｕａ ｌ ｒ ｓ ｎｔ ｏ ｈ ｉｅ ｅ Ｐ Ｃ ｒｉ ｃｃ ｔ ｔｅ ｌ ｔ ｒｉ ｏ ｔ Ｆ ｌ ｒ ｉ ｉ ｎｔｅ ｍｅｔ ｔｏ ｄｒ ｌｐ ｍｐｒｔ ｅ ｙｌ ｇ ｏｄ ｉｎ， ｈ ａ ｉｓ ａ ｆ ｅ Ｐ ｏ ｅｊ ｎｗ ｔ ｆ ｉ ｅ ｎｍｅ ｄ ｎ ｅｍｕｔ ｌｔ ｅａ ｒ ｃｎ ｎ ｉｏ ｓ ｐ ｓｃ ｔ ｎ ｈ Ｑ ｓ ｄ ｏ ｔ ｈ ｉ ｅｌ ｈ ｕ ｉ ｅｅ ｕ ｃ ｉ ｃ ｔ
QFN器件手工焊接质量及可靠性改善方法的研究
QFN器件手工焊接质量及可靠性改善方法的研究发表时间：2020-07-15T08:16:03.315Z 来源：《防护工程》2020年9期作者：王俊峰[导读] 将在第三部分通过ANSYS仿真分析来讨论这种设计对QFN焊点可靠性的影响,确认这种设计的合理性。
中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽省合肥市 230000摘要：QFN封装最初只被应用于消费类电子产品中,随着行业对其可靠性机理的认知不断深入,现在已经逐渐地被应用到工业类和医疗类电子产品中。
然而,这种无引脚的封装器件也给表面组装技术（SMT）提出了一些新的要求。
对于QFN等底部端子器件的焊接质量,IPC-7093指出工艺的关键控制点是焊点的高度（离板高度）和散热焊盘底部焊点的气泡率。
关键词：焊点高度；散热焊盘；空洞率；寿命预计；一、QFN焊点质量改善思路针对QFN的PCB焊盘设计,行业内目前已经开展了较多的研究,主要集中在QFN焊盘的DFM、中间散热焊盘的过孔设计和引脚及散热焊盘的锡量兼容方面。
根据业内经验,文中PCB的设计选择引脚焊盘外延0.3 mm,内延0.05 mm的设计,中间散热焊盘的散热过孔设计方面,目前主要有4种方式,即：通孔设计、底部塞孔、顶部塞孔和双面塞孔工艺。
采用双面绿油塞孔工艺,其中,过孔直径为0.3 mm,过孔间距为1.0 mm。
回流焊过程中助焊剂挥发产生气体,当助焊剂挥发不完全或者气体逃逸不彻底时将残留在焊料中而形成气泡。
采用阻焊层对散热焊盘进行分割的方式来设计PCB焊盘,PCB散热焊盘的实际覆铜面积不变,在覆铜表面保留一定量的绿油阻焊层。
采用这种设计方法具有诸多的优点,主要包括：散热焊盘面积不会减小;阻焊层的厚度小于焊点的高度,在回流过程中为阻焊剂挥散热焊盘引脚焊盘发气体提供了逃逸的通道从而能够降低空洞率；这种设计也不会增加PCB的制版成本。
将在第三部分通过ANSYS仿真分析来讨论这种设计对QFN焊点可靠性的影响,确认这种设计的合理性。
球栅阵列BGA封装焊球的力学可靠性分析及预测
复旦大学硕士学位论文球栅阵列BGA封装焊球的力学可靠性分析及预测姓名：祁波申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：王家楫20070425复日大学１＝掌硕』＋学位论空区。
整个回流焊时间约７至８分钟。
样品的冷却在常温下进行。
２．４，２ＳＭＴ后Ｂ６Ａ封装样品的检测ＢＧＡ样品完成ＳＭＴ后，须进行电学性能测试、Ｘ－ｒａｙ观察等ＳＭＴ后检测工作，检查样品回流焊的质量，是否有桥接、未对准、开焊、焊球丢失等缺陷，检测合格的样品才能进行下面的可靠性力学试验。
１１电学检测用ＰＣ９Ｄ型数字微欧姆计测量ＢＧＡ样品的焊球串联电阻值，检验ＢＧＡ焊点的ｄａｉｓｙ．ｃｈａｉｎ串联情况，确保ＢＧＡ焊球都与其对应ＰＣＢ板焊盘具有良好的电气连接。
２）ＯＭ检测并从ＳＭＴ合格的ＢＧＡ样品中，选取ＰｂＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ样品各一个作为试验的原始参照样品。
对其进行ｃｒｏｓｓ．ｓｅｃｔｉｏｎ分析（见图２．７），观察ＢＧＡ封装焊点．ＰＣＢ板间的互连结构、焊料与ＰＣＢ板Ｃｕ焊盘的浸润情况，并对焊点的形状及尺寸进行测量，为后期计算机模拟提供试验参数依据。
图２．７ＢＧＡ焊点．ＰＣＢ板间互连结构的ＯＭ图（左ｌｇｌｘｌ００，右１蛩ｘ２００）３１Ｘ—ｒａｙ透射显微镜检测由于ＢＧＡ器件的焊球在封装体的下面，回流焊到ＰＣＢ板后，传统的ＯＭ仅能对其外围焊球情况进行观察，要判断ＢＧＡ内部的焊接质量，就必须使用Ｘ－ｒａｙ透射显徼镜（见图２．８）。
ａ．良好的焊点对准情况ｂ．部分焊点未对准图２．８ＢＧＡ封装所有焊点的Ｘ－ｒａｙ图第三章可靠性试验的结果及焊点失效分析染色的焊球样品照片。
图３．３显示了拉断后ＰＣＢ焊接界面的断口形貌。
图３．２３６００９跌落失效焊球荧光染色照片图３．３拉断后ＰＣＢ焊接的断口形貌由图中观察到，焊点断口出出现条状的疲劳条纹，同时呈现出被荧光染色剂渗透的结果。
说明ＢＧＡ焊点与焊盘之间存在缝隙，染色剂才会渗透进去；另一方面拉脱元件时，其脱落位置除了少数为ＢＧＡ焊盘断裂外，大部分均脱落在ＢＧＡ焊球与ＰＣＢ焊盘的界面，这初步说明ＰＣＢ焊盘的焊接强度不够理想，在一定程度的外界应力作用下会产生裂纹。
QFP结构中引脚焊缝界面端的奇异性热应力问题研究
ＱＦ Ｐ结构 中引脚焊缝 界 面端 的奇 异性热 应力
问题 研 究
平 学 成 ， 少军 ， 应 许 玢
（ 东交通 大 学 机 电 学院 ， 昌 ３ ０ １ ） 华 南 ３０ ３
摘 要： 由于 引脚 、 印制 电路 板 和 焊 接 剂 的 热一 材 料 属 性 不 同 ， 受到 热栽 荷 或 机 械 裁 荷 时 ， 机 在 引脚 焊 接 界 面 端 会 产 生 奇
一
多相 结合 材料 界 面端 的应力 强度 系数 。 以上 方 法 主 要针 对 直 角 结合 界 面 端 问题 开 展
了研究 ， 以 以上研 究结 论必 然具 有局 限性 。近 年 所 来 ， 些学 者专 门对 任意 角度 界面 端 的热应 力行 为 一 开 展 了研究 ． 要采 用 的研 究手 段 有 ： ａ ａｈｔ 主 Ｙ ｍ ｓｉ ａ和 Ｋ ｇ ｃ ｉ的有 限元 特征 法 ． ｗ ｏｕ ｈ ｃ ￣ ｎ Ｄ和 Ｌ ｄ］ Ｓｒｈ方 ｅｓ 的 ｔ ｏ 程 方法 和 Ｇ ｄ 的 Ａ ｒ ａｉ ｉ ｙ应力 函数法 。 ａ ｇ和 Ｍｕ ｚ０ Ｙｎ ｎＩ １ 的 Ｍｅ ｉ 换 方 法 ， ｌｎ变 ｌ 等等 。从 这些 研 究 来 看 ， 主要 有 两个 问题 亟待 解决 ： ） １ 这些研 究 只探 索 了界 面端 的奇 异性 指 数 和应力 角分 布 ， 要进 一 步确定 断裂 需 参 数 ； ） 同研 究 人员 的结 论往 往 不 同 ， 揭示 了 ２不 这 热 应 力奇 异 性 问题 具 有 复杂 性 和 多 变性 ， 同时也 证 明 了深入研 究 的必要 性
响 。 结果 表 明 ： 性模 量 、 弹 泊松 比 和材 料 热膨 胀 系数 等 均 对 应 力 强 度 系数 有 影 响 ． ３ 的做 出调 整 可 以使 界 面 端 呈 现 良好 的 适＇ －
SMT 产品可靠性检验流程
SMT 产品可靠性检验流程检验目的：验证SMT生产之产品，焊点强度可靠性。
检验方法与流程：1.焊点外观检验（1）使用工具：X-Ray，3-D显微镜（2）主要检查，X-Ray主要检查Solder Balls solder joint形状，BGA, LGA, QFN等零件短路，位移，V oid大小等；3-D显微镜主要检查引脚外漏零件焊点外观，吃锡角度等，以及BGA零件外围锡球吃锡外观，锡裂，赃物等（3）检验频率：X-Ray：针对BGA，LGA产品每1K，检验1pannel 已经导入3-D显微镜：针对BGA，LGA首件检测四边与中心5颗颗粒外观。
针对不良品分析时使用（4）检验标准：Void大小的允收标准：IPC610D 规范：1、气泡体积≤锡球体积25%为可接受气泡允收标准：2、气泡体积≥锡球体积25%为不可接受Solder Balls位移判定标准：1：锡球偏移PAD≤25%为可接受级2：锡球偏移PAD≥25%为不可接受级Solder Balls短路判定标准：所有短路连锡均不能接受2.焊点强度检验（1）使用工具：推拉力机与夹具（2）主要检查：电阻/电容/电感/SOP，QFP等原件推拉力测量检验频率：新产品/新原件/新锡膏导入时检验；不良分析时（3）检验标准：目前业界暂无检验标准和经验值，除客户单独提出要求。
3.Dye test染色检验（1）使用工具：染色剂，真空泵，烤箱，3-D显微镜（2）主要检查：BGA零件各锡球吃锡是否完好，是否有锡裂现象（3）检验频率：新产品/新原件/新锡膏导入时检验；不良分析时（4）检验标准：在未做过任何Reliability 实验之PCBA不允许有Crack（颜色显示）。
经过Reliability 实验之PCBA Crack出现在焊点端层面≤25%为可接受。
4.切片检验（1）使用工具：研磨机，封胶材料，砂纸，抛光粉（2）主要检查：Cross-section 观察焊点的金相结构，以及IMC成形，焊点的结晶情况。
qfp芯片拆焊次数要求标准
qfp芯片拆焊次数要求标准简介QFP（Quad Flat Package）芯片是一种常见的表面贴装（Surface Mount Technology，简称SMT）封装形式。
在电子设备制造中，QFP芯片广泛应用于集成电路（Integrated Circuits，简称IC）的封装中。
拆焊（Desoldering）是指将原有焊接的元件从电路板上取下的过程。
本文将讨论QFP芯片的拆焊次数要求标准，以帮助人们更好地理解和正确使用QFP芯片。
1.引言QFP芯片是一种表面贴装封装形式，其引脚排列比较紧密，容易受到焊接或拆焊过程的影响。
因此，对于QFP芯片的拆焊次数有一定的要求标准。
这种要求标准主要涉及QFP芯片的结构设计、焊点可靠性和产品质量等方面。
2. QFP芯片的结构设计QFP芯片的结构设计决定了它的焊点可靠性和拆焊次数要求。
QFP 芯片通常由焊盘（Pad）、引脚（Pin）、芯片封装体和引线（Lead）组成。
焊盘和引脚之间通过引线连接，而引线连接则有助于芯片与电路板之间的电气连接。
在拆焊过程中，引线可能遭受拉力和扭矩等力量的作用，因此，结构设计必须足够强度以避免断裂或损坏，同时保证引线与焊盘之间的连接性。
3. QFP芯片的焊点可靠性焊点可靠性是QFP芯片拆焊次数要求标准的重要因素。
焊点可能受到很多因素影响，如温度循环、振动和机械应力等。
这些因素会导致焊点疲劳，从而减少焊点的可靠性。
因此，QFP芯片的拆焊次数要求标准应考虑焊点的可靠性，以保证产品在正常使用寿命内不会出现引脚断裂、引线脱焊等问题。
4.拆焊次数要求标准QFP芯片的拆焊次数要求标准通常由芯片制造商制定。
根据国际标准和行业经验，一般认为，QFP芯片的拆焊次数要求应满足以下标准：-微型QFP芯片（引脚数小于或等于100）：150-200次；-标准QFP芯片（引脚数100-300）：100-150次；-大型QFP芯片（引脚数大于300）：50-100次。
焊点可靠性研究
SMT焊点可靠性研究近几年，随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术（SMT）的飞速发展，SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。
与通孔组装技术THT（Through Hole Technology）相比，SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。
THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后，填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性，镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素，一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。
但在表面组装技术中，铅料的填缝尺寸相对较小，铅料的圆角（或称边堡）部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用，焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多，铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。
另外，表面组装技术中大尺寸组件（如陶瓷芯片载体）与印制线路板的热膨胀系数相差较大，当温度升高时，这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。
如果温度超过铅料的使用温度范围，则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。
对于小尺寸组件，虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低，但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为（蠕变和应力松弛）存在着蠕变损伤失效。
因此，焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。
80年代以来，随着电子产品集成水平的提高，各种形式、各种尺寸的电子封装器件不断推出，使得电子封装产品在设计、生产过程中，面临如何合理地选择焊盘图形、焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。
同时，迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断、对工艺参数的设置做出决策。
目前，在表面组装组件的封装和引线设计、焊盘图形设计、焊点铅料量的选择、焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则，对工艺参数的选择、焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。
因此，迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径，有效地提高表面组装技术的设计、工艺水平。
经典：锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
波峰焊——波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向 相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。
•SMD波峰焊时表面张力造成阴影效应
粘度与表面张力
• 熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。 • 优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增 加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性。 • 锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。
锡焊过程锡焊过程焊接过程是焊接金属表面助焊剂焊接过程是焊接金属表面助焊剂熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程表面清洁焊件加热熔锡润湿扩散结合层冷却后形成焊点物理学物理学润湿黏度毛细管现象热传导扩散溶解化学化学助焊剂分解氧化还原电极电位助焊剂分解氧化还原电极电位冶金学冶金学合金合金层金相老化现象合金合金层金相老化现象电学电学电阻热电动势电阻热电动势材料力学材料力学强度拉力剥离疲劳应力集中强度拉力剥离疲劳应力集中焊接过程中焊接金属表面母材焊接过程中焊接金属表面母材以以cucu为例助焊剂熔融焊料之间相互作用助焊剂熔融焊料之间相互作用助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应11松香去除氧化膜松香去除氧化膜松香的主要成分是松香酸松香的主要成分是松香酸融点为7474
由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对 称的，作用彼此抵消，合力=0。但是液体表面分子 受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力， 因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。
熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。
大大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力
液体内部分子受力合力=0
表面张力与润湿力
放大1,000倍的QFP引脚焊点横截面图
三. 焊点可靠性分析
影响焊点强度的主要因素： （1）金属间合金层（金属间结合层）质量与厚度 （2）焊接材料的质量 （3）焊料量 （4）PCB设计
焊接质量与主要焊点缺陷分析
1.3 接收或拒收的判定
• 接收或拒收的判定以合同、图纸、技术规范、标准 和参考文件为依据。 • • • • • 当文件发生冲突时，按以下优先次序执行： a 用户与制造商达成的协议文件。 b 反映用户具体要求的总图和总装配图。 c 在用户或合同认可情况下，采用IPC-A-610标准。 d 用户的其它附加文件。
SMT焊接质量与主要焊点缺陷分析
SMT质量要求
高质量 ＝ 高直通率 ＋高可靠（寿命保证 ） ！
（电性能） （机械强度）
质量是在设计和生产过程中实现的
返修的潜在问题
过去我们通常认为，补焊和返修，使焊点更加牢固， 看起来更加完美，可以提高电子组件的整体质量。但这 一传统观念并不正确。 如果返修方法不正确，就会加重对元器件 和印制电路板的损伤，甚至会造成报废。 返修工作都是具有破坏性的 … 返修会缩短产品寿命
3 焊料量不足与虚焊或断路(开路)——焊点高度达不到规定要求，会影 响焊点的机械强度和电气连接的可靠性，严重时会造成虚焊或断路
原因分析 a 整体焊膏量过少原因：①模板厚度 或开口尺寸不够；开口四壁有毛刺； 喇叭口向上，脱模时带出焊膏。②焊 膏滚动（转移）性差。③刮刀压力过 大，尤其橡胶刮刀过软，切入开口， 带出焊膏。④印刷速度过快。 b 个别焊盘上的焊膏量过少或没有焊 膏原因：①模板漏孔被焊膏堵塞或个 别开口尺寸小。②导通孔设计在焊盘 上，焊料从孔中流出。 c 器件引脚共面性差，翘起的引脚不 能与相对应的焊盘接触。 d PCB 变形，使大尺寸 SMD 器件引脚不 能完全与焊膏接触。 预防对策 ①加工合格的模板，模板喇叭口向下，增 加模板厚度或扩大开口尺寸。 ②更换焊膏。 ③采用不锈钢刮刀。 ④调整印刷压力和速度。 ⑤调整基板、模板、刮刀的平行度。 ①清除模板漏孔中的焊膏，印刷时经常擦 洗模板底面。如开口尺寸小，应扩大开 口尺寸。 ②修改焊盘设计 运输和传递 SOP 和 QFP 时不要破坏外包 装，人工贴装时不要碰伤引脚。 ①PCB 设计要考虑长、宽和厚度的比例。 ②大尺寸 PCB 再流焊时应采用底部支撑。
焊点可靠性分析
• ①A-B-C线——液相线 • ②A-D、C-E线——固相线 • ③D-F、E-G线——溶解度曲线 • ④D-B-E线——共晶点 • ⑤L区——液体状态 • ⑥L+、L+区——二相混合状态 • ⑦ +区——凝固状态
有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金
Sn-Ag-Cu三元系焊料金相图
（3）与焊料量有关
拉伸力 （千lbl/in2）
*＞4μm时，由于金属间合金层 金属间合金层厚度与抗拉强度的关系 太厚，使连接处失去弹性，由于
金属间结合层的结构疏松、发脆，
也会使强度小。
金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关：
(a)焊料的合金成份和氧化程度 （要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶； 含氧量应小于0.5%，最好控制在80ppm以下）
四. 焊接质量
合格的焊点
焊接缺陷（IPC标准）
IPC标准（分三级）
IPC焊点检验标准举例
SOP、QFP焊点检验标准 •
•
可接受二级
可接受三级
•
F=T/2+G
F=T+G
•
（F—焊点高度 T—引脚厚度 G—引脚底面焊料厚度）
• 产品质量是企业的生命线。SMT是 一项复杂的综合的系统工程技术。必须 从PCB设计、元器件、材料、以及工艺、 设备、规章制度等多方面进行控制，才 能保证SMT加工质量。
(b) 助焊剂质量（净化表面，提高浸润性） (c) 被焊接金属表面的氧化程度（只有在净化表面，才能发
生化学扩散反应） (d) 焊接温度和焊接时间
焊接热量是温度和时间的函数
• 焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。
•
金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。
3-无铅焊接可靠性讨论及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题
(b) 要求低热膨胀系数CTE
当焊接温度增加时，多层结构PCB的Z轴与XY方向的层压 材料、玻璃纤维、以及Cu之间的CTE不匹配，将在Cu上产生 很大的应力，严重时会造成金属化孔镀层断裂而失效。这是 一个相当复杂的问题，因为它取决于很多变量，如PCB层数、 厚度、层压材料、焊接曲线、以及Cu的分布、过孔的几何形 状（如纵横比）等。
• 关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究阶段。
一些研究显示：
• 在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果比较差。
非常长期的可靠性也较不确定。
⑽ 电气可靠性（助焊剂性能与枝状结晶生长问题）
• 回流焊、波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环 境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应， 引起表面绝缘电阻（SIR）的下降。如果有电迁移和枝状
⑶ 锡须
• Sn在压缩状态会生长晶须（Whisker），严重时会 造成短路（要特别关注窄间距QFP封装元件 ）。
• 晶须是直径为1~10μm，长度为数μm~数十μm的针
状形单晶体，易发生在Sn、Zn、Cd、Ag等低熔点
金属表面。
产生Sn须的主要机理
Sn镀层表面形成一层薄薄的SnOX氧化层，加电时在 不均匀处产生压力，把Sn挤出来形成Sn须。
(一) 无铅焊接“三要素”
• 无铅焊料合金 • PCB焊盘 • 元件焊端表面镀层
1. 目前应用最多的无铅焊料合金
• 目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的 Sn-Ag-Cu焊料。Sn(3~4)wt%Ag(0.5~0.7)wt%Cu是可接受的范围， 其熔点为217℃左右。 • 美国采用Sn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金
(d) 高耐热性：二次回流PCB不变形。
针对QFP封装器件手工焊接的可焊性研究
针对QFP封装器件手工焊接的可焊性研究摘要：对QFP器件微焊点强度，并对不同间距、不同钎料成分的QFp和sOP结构焊点进行了比较。
在相同的钎料成分下，半导体激光输出功率直接影响QFP焊点的抗拉强度，研究结果可为提高QFP微焊点强度和可靠性提供一个有效的解决方法。
关键词：QFP器件；微焊点；抗拉强度随着表面组装技术的工艺不断的完善,尤其是随着电子封装的密度越来越高,使得细间距器件成为一种主流产品.虽然封装技术和封装形式不断的出新,但是在实际生产中的使用更为普遍.在微电子焊接中,电子组件的体积正朝着微型化、超微型化的方向发展,如此微小的尺寸,给焊点可靠性的试验研究带来了一定的困难,有限元模拟方法在此课题方面可以提供一定的理论依据。
在焊点可靠性研究中,由于基板和焊点的线膨胀系数不匹配,在交变的温度循环中会产生交变的热应力,致使焊点发生疲劳失效。
已有研究表明,表面组装焊点在环境温度循环条件下的失效现象是导致电子装连失效的主要原因。
因此焊点可靠性的研究是表面组装的关键技术。
一、QFP简介QFP是指外观形体为矩形或正方形，四边具有鸥翼型短引线的多引脚封装形式，通常封装材料有塑料、陶瓷和金属等几种。
它封装外形尺寸小，适于大批量生产。
由于引脚在四侧面外露，在组装过程中，无论是设备拿取或手工来摆放均较为容易对中，焊接后判断该类器件的焊接质量也较为方便。
由于此类器件管脚的柔韧性和弹性比较好，所以在实现焊接以后，它的管脚焊接应力比较容易得到释放，焊接点具有较高的可靠性。
引脚多用合金制作，随着加工工艺的不断提高，引脚数量不断增多，引脚厚度和宽度愈来愈小，引脚间距逐渐缩小，中心距从1.00mm、0.80mm、0.65mm、0.50mm变至0.30mm等，随着技术的发展引脚中心距将会更小。
1.QFP器件封装特性。
器件具有四侧面鸥翼形引脚，焊接后弯曲的引脚能够吸收管脚应力，因此与PCB结构匹配性好，焊点可靠性高；其矩形封装引脚多，封装外形尺寸能实现小面积封装，电性能寄生参数减小，在高频电路设计中能够大面积得到应用。
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首先，具体采用担性应变以评估焊点的薄弱部 位，从而确定焊点结构中的危险点。该点塑性应变 的原始报告结果表现如图３。
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图３焊料危险点ｘ向塑性应变的时域曲线 接着，选取各焊料分别循环６次得到塑性应变 的６对最大值与最小值，选择最大值傲三维统计图 以方便寻找最优焊料（Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ），如图４。 ３．３ 焊料关键参数对塑性应变的影响 ·１０．
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓＷａｉｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｐａｃｋａｇｉｎｇ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ（Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｇ，Ｃｕ）ａｎｄ ｒａｔｉｏ，ｗｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ ｏｆｔｈｅ ＱＦＰ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ ｗｉｔｌｌ ｆｍｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｙｃｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｌｄｅｒ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎＬ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ Ｑ／Ｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｉｍｐａｃｔ，ｔｈｅ Ｙ－ＰＳ ｉｓ ｏｎｌｙ １１％ｏｆｂｅｆｏｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｂｒｏｕｇｈｔ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒ ｃｈｏｉｃｅｓ ｉｎ ＱＦＰ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＱＦＰ ｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔ；ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａＩ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｎｙ【Ｃ］．Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｍａｎｕ－ ｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９５：２３８—２４４． 【３】Ｈｏｎｇｔａｏ Ｍａ，Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｃ．Ｓｕｈｌｉｎｇ，Ｐｒａｄｅｅｐ Ｌａｌｌ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆａｇｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｃｒｅｅｐ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆｌｅａｄ ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ［Ｃ］．Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００６：９６１—９７６． 【４】陈方，杜长华，杜云飞，等．含铅焊料绿色化的途径【Ｊ】． 电子元件与材料，２００６，２５（１１）：１－３． ［５】阚前华，谭长建，张娟，等．ＡＮＳＹＳ高级工程应用实例 分析与二次开发【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００６． 【６ｌ王建江，胡仁喜，刘英林．ＡＮＳＹＳ １ １．０结构与热力学有 限元分析实例指导教程【Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２００８． 【７】张朝晖．ＡＮＳＹＳ １１．０结构分析工程应用实例解析［Ｍ】．北 京：机械工业出版社，２００８． 【８】张胜红，王国忠，程兆年．电子封装功率模块ＰｂＳｎＡｇ焊 层热循环可靠性【Ｊ】．中国有色金属学报，２００１，１ｌ（１）：
１ 引言
传统的锡铅合金焊料具有优质和廉价的优点。 然而铅对人体存在神经毒性等危害，对环境存在重 金属污染【１１，使得无铅化的ＩＣ引脚焊点研究早在１ ９７０ 年代就已受到业界的重视【２。】。
本工作基于ＱＦＰ焊点的已知ＡＮＳＹＳ模型【Ⅻ，结
合不同焊料（ＳｎＰｂ，ＳｎＰｂＡｇ，ＳｎＡｇ，ＳｎＡｇＣｕ）的典
型配比展开比较研究ｌＳ“ｌｏｌ，报告典型计算结果，做三
维图刻画应变的优值区域，评价所选择焊料的最优 配比，寻求ＱＦＰ（ＣＰＵ的主流封装）焊点在老化软 测量中的塑性应变的最小取值范围，最后给出重要 参数的取值建议。
２ ＱＦＰ焊点的ＡＮＳＹＳ模型
塑性应变是引起焊点材料失效的主要原因。由 于ＱＦＰ引脚厚度较大及焊点对其有约束性，故将其 简化为平面应变问题。
收稿日期：２０１０－１０－２１ ．８一
万方数据
第１０卷第１２期
邓小军：ＱＦＰ焊点可靠性研究
图１是所选择焊点的ＡＮＳＹＳ有限元模型及材料 分布图【５１。
参数设定：老化软测量的温度范围是一５ ５℃ －１２５℃，进行６个温度循环ｌ ２５℃时模型内部处于 零应力状态。
整个模型网格划分后，开始进行有限元模拟， 流程示于图２。
和值，；是系数，以是饱和值应变率敏感指数。
另外，定义ｓ。是初始形变阻抗，Ｑ／Ｒ是焊料激
活能与气体常数，选择
ＡＮＳＹＳ单元类型的两种单元：
（１）ＶＩＳＣ０１０８；（２）ＰＬＡＮＥ８２（二维４节点单元
ＰＬＡＮＥ４２的高阶版本）。前者用于求解强非线性行为
且存在大塑性应变条件下的相关问题，后者描述塑
相应材料的关键参数分别列入表ｌ～表４中。 表ｌ各材料的部分物理特性参数表
３．２ 塑性应变累积危险点的数值表现 分别尝试模拟４种焊料而知：Ｘ和Ｙ两方向的塑
性应变累积的绝对最大值，都出现在两个拐角部 位：一是焊点前端倒角与铜引线的交界处，二是焊 点后端倒角与铜引线的交界处。
．．９．．
第１０卷第１２期
电子与封装
表２各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ａ）
表３各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ｂ） 表４各焊料Ａｎａｎｄ模型参数表（ｃ）
图４不同焊料塑性应变的时域统计曲线
为研究４种焊料各参数对焊点塑性应变的影响 大小，将可靠性最高的焊料Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ的各项参 数分别调高和降低５％、１０％和５０％，观察得到的对 应结果示于图５。
工程师，毕业干电子科技大学半导体 物理与器件专业，现就职于无锡创立 达科技有限公司，主要从事功率集成 电路以及新型封装技术方面的研究。
（上接第７页） 在键合过程中，很容易引入机械损伤。通过对键合 机劈刀、金丝直径的选择和精心调试的键合参数， 很好地解决了机械损伤的问题。
参考文献： 【１１马鑫，何小琦．集成电路内引线键合工艺材料失效机制及
（Ｗｕｘｉ ＴｒｅａｓｕｒｅＳｔａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，ＬＴＤ．，Ｗｕｘｉ ２１４１４２，Ｃｈ／ｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｐｅｏｐｌｅ ｄｅｍａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｎ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｈａｓ ｐｕｔ ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ ｏｎｔｏ ｔｈｅ
万方数据
图５最优焊料各参数对塑性应变的影响 在图５中以第三关键参数ＡＬＰＸ为例，参数值增 大５０％时，塑性应变提高６２％；减小５０％时，塑性 应变则降低２５％。 使用最优参数（见图５）再次模拟得到的新结 果，如图６所示。 通过比较图６和图３的结果可知：前者Ｘ向塑 性应变均值仅为后者的２％；同样，Ｙ向塑性应变均 值为后者的ｌｌ％。阶段分析结论得出图６的结果是 为所求。
是影响电子封装焊点可靠性的主要因素，文章采用在多次温度循环条件下进行有限元数值模拟的
方法，针对由不同元素（Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｇ，Ｃｕ）及配比构成的焊料，计算ＱＦＰ焊点的塑性应变，定量
评估其可靠性。给出焊料各参数对焊点可靠性的影响程度，仿真表明焊料激活能与气体常数的比
值的变化对焊点可靠性影响最大，相应的焊点Ｙ向塑性应变均值仅为优化前的１ １％。所得的结果
图６利用最优参数获得的Ｘ向塑性应变曲线
塑性应变变化量Ａ ＰＳ受到前述变量影响的主
元分析显式可归纳入下式：
Ａ ＰＳ＊－２．５６ Ａ（Ｑ／Ｒ）＋１．４０ｌ△专Ｉ
＋１．２４ Ａ ＡＬＰＸ－Ｏ．９０ Ａ
Ｊｏ
（５）
式（５）中，所有变量均以百分数表示；绝对值
号表示无论参数值增加或减少，对塑性应变的影响
都是同向的。
４ 结论
通过分析４种有铅与无铅焊料在温度循环下的
第１０卷第１２期
邓小军：ＱＦＰ焊点可靠性研究
ＱＦＰ焊点塑性应变表现，得到了２个结论： （１）仿真研究塑性应变结果而知，无铅焊料
Ｓｎ３．８Ａ９０．７Ｃｕ的性能相对较佳，其塑性应变程度分 别为其他焊料的２６％，７０％、２ｌ％以及３８％｝
（２）仿真关键影响参数可知，焊料激活能与气 体常数的比例对塑性应变的影响相对最大，且成反 比关系。另外，应力乘子、热膨胀系数和变形阻抗 的初始值也对式（１）中结果影响较大。
第１０卷。第１２期 Ｖ０１．１０．Ｎｏ．１２
电子与封装 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ
ｆ毫‘ｌ：幕：＠；匿：唾）⑨蔼√萤
ＱＦＰ焊点可靠性研究
总第９２期 ２０１０年１２月
邓小军 （无锡创立达科技有限公司，江苏无锡２１４１４２）
摘要：随着人们对健康和环境的要求越来越高，无铅焊料的研究倍受封装业的重视。塑性应变
性应变的能力是基于将温度载荷作为单元体载荷作
用在节点之上。
万方数据
分析前准备工作
ｌ Ｉ 环境
配色
字体
弋夕
前处理
ｌ单元类型 材料参数 有限元模型
弋夕
数值模拟
ｌ载荷及边界条件 温度循环求解
＼夕
ｌ
后处理
Ｉ 通用后处理
时间历程处理
图２有限元模拟流程图
３ 不同焊料塑性应变的数值模拟
针对４种焊料５种配比包括ＳｎＰｂ（６０／４０，１０／ ９０）、ＳｎＰｂＡｇ（５／９２．５／２．５）、ＳｎＡｇ（９６．５／３．５）年Ｉ：ＩＳｎＡｇＣｕ （９５．５／３．８／０．７），定量地评估ＱＦＰ焊点的塑性应变。 ３．１ 待仿真焊料的参数准备