一种bga焊点环境应力筛选方法
【专利摘要】本发明涉及一种BGA焊点环境应力筛选方法，包括以下步骤：a)随机选取n个BGA焊点样品，其中n≥5，对所述BGA焊点样品进行环境应力筛选处理；b)对经步骤a)处理的样品进行综合应力处理，包括：对经步骤a)处理的样品进行进行第二温度循环处理、随机振动处理和电应力处理，并记录样品的失效时间，根据所述平均失效前处理时间，对所述BGA焊点进行筛选。本发明还提供了一种所述的方法在制备电子产品和机械设备中的应用。
【专利说明】-种BGA焊点环境应力筛选方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子产品的封装，具体涉及一种BGA(Ball Grid Array,球栅阵列）焊 点环境应力筛选方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子产品向便携式、小型化，网络化和多媒体方向的迅速发展，对多芯片组件 的封装技术提出了更高要求，新的高密度封装技术不断涌出，BGA(Ball Grid Array，球栅 阵列）就是近年来兴起的新型高密度封装工艺。BGA改变传统封装采用的周边引线方式，变 成在基板下面面阵排列引出脚，并将引出脚改为Pb/Sn焊料凸点。与传统的封装形式相比， BGA具有单位面积上的I/O数多，引线电感和电容小，散热效果好、对位要求低等优点，从而 使其逐渐成为现代封装技术的主流。由此可见，BGA焊点的使用寿命已成为影响电子产品 质量与可靠性的关键因素。因此，对电路板BGA焊点进行环境应力筛选也变得尤为重要。
[0003] 近年来，随着可靠性试验技术的发展，加速寿命试验逐渐成为鉴定产品的可靠性 寿命的主要手段之一。所谓加速寿命试验，即是在不引入新的失效机理的前提下，通过采用 加大应力的方法促使样品在短期内失效，以预测产品在正常工作条件或储存条件下的可靠 性的试验。它以实验为手段，通过记录分析高应力下试验样本的失效数据，得到该应力下的 样本总体的寿命特征，再外推样本使用应力下的寿命特征。加速试验一般有两种用途，其一 是定性加速试验，主要用于确认产品的失效模式和失效机理；其二是定量加速试验，亦即加 速寿命试验，主要用于预测产品在使用条件下的寿命特征。对于前者而言，加速寿命试验无 疑是十分有效的，因为在加速条件下，较高的应力能使产品的薄弱环节尽快地暴露出来，从 而发现设计生产环节的缺陷；而对第二种用途而言，情况比较复杂，因为很难建立起加速条 件和使用条件下产品失效特征的对应关系，并且也没有任何一种加速寿命模型能够精确的 描述产品的寿命-应力关系，也没有一种加速模型能够适用于多种产品。同时，BGA焊点的 制造工艺和方法很多，难以确定一种合适的方法对其进行环境应力筛选，使得不仅能够恰 当地筛选出处于早期失效期的BGA焊点，又不至于给其他焊点带来过多的疲劳损伤。
[0004] 目前，BGA焊点的寿命参数评估有两种方法：1)现场数据统计法；2)利用加速寿 命试验获取试验数据，然后进行统计分析。现场数据统计法是通过收集现场使用的故障数 据，然后对数据进行统计处理，进而实现对BGA焊点寿命评估。但现场数据分布区域广，数 据收集周期长，因此通过现场数据对BGA焊点的寿命进行评估比较困难。利用加速寿命试 验获取试验数据，可以弥补上述缺点。但目前常用的3种加速寿命试验方法，即恒定应力 加速寿命试验方法、步进应力加速寿命试验方法和序进应力加速寿命试验方法，均不能实 现快速获得BGA焊点寿命数据的目的，主要原因是：恒定应力加速寿命试验需要分组试验， 试验周期长；步进应力和序进应力加速试验数据不适用于最佳BGA焊点的寿命估计模型一 Engelmaier-Wild 模型。
【发明内容】
[0005] 针对以上不足，本发明提供了一种BGA焊点环境应力筛选方法，包括：综合应力试 验、快速温度循环试验和寿命回归等试验步骤，在较短时间内快速激发出样品的潜在缺陷， 从而能迅速优选出最佳BGA焊点工艺方法。本发明还涉及选取合适数量的最佳BGA焊点样 品，通过快速温度循环试验在短时间内获取足够的样品寿命数据，并应用Engelmaier-Wild 模型估算出BGA焊点的平均失效前时间（平均寿命）。
[0006] 本发明的第一个实施方式涉及一种BGA焊点环境应力筛选方法，包括：
[0007] a)随机选取n个BGA焊点样品，其中n彡5,对所述BGA焊点样品进行环境应力筛 选处理，包括对所述样品进行第一温度循环处理，所述第一温度循环处理为以将样品加热 至温度T6__并保持时间t6_u，随后以Re (°C /min)速度将样品温度冷却至T6_min并保持时间 t6_d为一个周期循环，对所述样品进行多次周期循环处理直至样品失效，并记录样品失效前 的处理时间；
[0008] b)对经步骤a)处理的样品进行综合应力处理，包括：对经步骤a)处理的样品进 行进行第二温度循环处理、随机振动处理和电应力处理，并记录样品的失效时间；其中所述 第二温度循环处理为以将样品加热至温度T_ax并保持时间，随后以R。（°C /min)速度将 样品温度冷却至T_in并保持时间为一个周期循环，对所述样品进行多次周期循环处理 直至样品失效，并记录1?n号样品失效前的处理时间h、t2、…、tn，以式（I)计算得到平 均失效前处理时间；
【权利要求】
1. 一种BGA焊点环境应力筛选方法，包括以下步骤： a) 随机选取n个BGA焊点样品，其中n > 5,对所述BGA焊点样品进行环境应力筛选处 理，包括对所述样品进行第一温度循环处理，所述第一温度循环处理为以将样品加热至温 度TVmax并保持时间te_u，随后以Re(°C /min)速度将样品温度冷却至Te_min并保持时间te_d为一个周期循环，对所述样品进行多次周期循环处理直至样品失效，并记录样品失效前的 处理时间； b) 对经步骤a)处理的样品进行综合应力处理，包括：对经步骤a)处理的样品进行进 行第二温度循环处理、随机振动处理和电应力处理，并记录样品的失效时间；其中所述第二 温度循环处理为以将样品加热至温度T_ax并保持时间，随后以R。（°C /min)速度将样品 温度冷却至T_in并保持时间为一个周期循环，对所述样品进行多次周期循环处理直至 样品失效，并记录1?n号样品失效前的处理时间h、t2、…、tn，以式（I)计算得到平均失 效前处理时间；
根据所述平均失效前处理时间，对所述BGA焊点进行筛选。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Te_max在70?85°C的范围内，T e_min在-45?-25°C的范围内，Re在15?25°C /min的范围内，te_u在10?30min的范围内，te_ d在10?30min的范围内。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IVmax在95?125°C的范围内，IVmin在-55?-35°C的范围内，Rc在25?60°C /min的范围内，tc_u在10?30min的范围内，tc_ d在10?30min的范围内。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述随机振动处理在5Hz? 500Hz的范围内随机振动，ASD量级为11. 83?545. 2 (m/s2)2/Hz。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述综合应力实验是将所述 BGA焊点样品安装在振动平台上，且使所述振动平台的振动方向垂直所述样品。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述电应力处理为：在试验过 程中全程通电测试，其通电电压为所选焊点的额定电压。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述n > 32。
8. -种根据权利要求1-7中任一项所述的方法在制备电子产品和机械设备中的应用。
【文档编号】G01R31/00GK104360187SQ201410614380
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】王鹏, 廖岳汉, 王益民, 余锋, 周峰, 刘佳, 刘国涛, 张祥珊 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司