综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法、装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子元器件封装领域，特别是涉及一种综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]高密度封装微互连焊点在电子组装技术中主要起机械支撑、信号传输及热传导的作用，确保焊点具有良好的机械支撑及电气连接性能对电子设备整机可靠性至关重要。随着封装尺寸的微型化，微互连焊点的尺寸持续减小。焊点尺寸的微型化导致其回流组装过程中的冶金行为、微观组织结构形成与演化发生明显的变化，特别是倒装芯片技术引起的电迀移使焊点界面反应及微观组织演化更加复杂。电子产品在服役过程中要承受越来越复杂的负载作用，如电场、温度场(热场)、应力场、磁场和潮湿环境以及多变载荷等。在上述多负载场耦合作用下，焊点的界面反应与微观组织演变愈来愈复杂，出现了原子迀移、晶须和焊点塌陷等现象，微互连焊点的可靠性特别是疲劳寿命受到极大影响。
[0003]目前，评价电子封装微互连焊点疲劳寿命的方法主要有两种，一种为有限元仿真。基于有限元仿真的评价方法一般基于微焊点基体材料的粘塑性特性进行分析，未能考虑焊点微观组织演变特别是尺寸微型化和电场作用对微互连焊点疲劳寿命的影响。另一种为基于IPC-9701A-2006(表面贴装焊接连接的性能测试方法和鉴定要求)的电阻变化监测法。IPC-9701A检测方法需要专门测试仪器，如事件检测器或数据记录器，且会受到尺寸微型化引起的微互连焊点成分、应力水平的变化影响，菊花链焊点串联电路测量的标准差以及导线接触点的电阻变化会对微互连焊点疲劳寿命产生误判。此外，基于IPC9701A-2006的微互连焊点疲劳寿命的电学评价方法不能有效定位缺陷焊点，不利于倒装微互连焊点结构及材料的设计优化。
[0004]综上所述，现有的评价电子封装微互连焊点疲劳寿命的方法容易产生误判，不能有效评估微互连焊点的疲劳寿命。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种能有效评估微互连焊点的疲劳寿命的评价方法、装置和系统。
[0006]—种综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法，包括:
[0007]根据待评价器件制备焊料和最小单元线路板；
[0008]将焊料和最小单元线路板采用二次回流的方式组装成最小单元菊花链互连结构以形成微互连焊点；
[0009]将最小单元菊花链互连结构固定在绝缘的硬质测试夹具上以形成对微互连焊点的应力约束；
[0010]将硬质测试夹具放置于应力测试环境中并采集最小单元菊花链互连结构的电参数，以根据电参数评价微互连焊点的疲劳寿命。
[0011]在其中一种实施方式中，在将最小单元菊花链互连结构固定在绝缘的硬质测试夹具上以形成对微互连焊点的应力约束的步骤之后，还包括:将多个最小单元菊花链互连结构使用导线串联得到菊花链串联电路；
[0012]将硬质测试夹具放置于应力测试环境中并采集最小单元菊花链互连结构的电参数，以根据电参数评价微互连焊点的疲劳寿命的步骤包括:将硬质测试夹具放置于应力测试环境中，采集菊花链串联电路的电参数，以根据电参数评价微互连焊点的疲劳寿命。
[0013]在其中一种实施方式中，根据待评价器件制备焊料和最小单元线路板的步骤包括:
[0014]制备焊料；
[0015]根据待评价器件的焊点结构制备带测试结构的最小单元线路板，最小单元线路板包括焊盘和电路导线，最小单元线路板包括用于模拟待评价器件的高密度封装焊盘的第一最小单元线路板和PCB侧焊盘的第二最小单元线路板。
[0016]在其中一种实施方式中，将焊料和最小单元线路板采用二次回流的方式组装成最小单元菊花链互连结构以形成微互连焊点的步骤包括:
[0017]将焊料制成与待评价器件适配的焊球，使用高密度封装芯片植球工艺将焊球焊在第一最小单元线路板的焊盘上；
[0018]采用二次回流的方式将第二最小单元线路板与第一最小单元线路板组装形成最小单元菊花链互连结构，以形成第一最小单元线路板与第二最小单元线路板之间的微互连焊点。
[0019]在其中一种实施方式中，将硬质测试夹具放置于应力测试环境中并采集最小单元菊花链互连结构的电参数，以根据电参数评价微互连焊点的疲劳寿命的步骤包括:
[0020]将硬质测试夹具放置于应力测试环境中并将最小单元菊花链互连结构与稳压电源和多功能表连接；
[0021]调节电压并采集最小单元菊花链互连结构在电压突变时的电参数；
[0022]根据电参数评价微互连焊点的疲劳寿命。
[0023]本发明还提供一种综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价装置，包括绝缘的硬质测试夹具和最小单元菊花链互连结构，最小单元菊花链互连结构包括不同成分的焊料和分别包含焊料的最小单元线路板，最小单元线路板采用二次回流的方式组装成微互联焊点，最小单元菊花链互连结构固定于硬质测试夹具上，以通过硬质测试夹具形成对微互联焊点的应力约束。
[0024]在其中一种实施方式中，硬质测试夹具包括用于设置最小单元菊花链互连结构的夹具本体、分别位于夹具本体两端的接线柱、和用于连接最小单元菊花链互连结构和接线柱的导线。
[0025]在其中一种实施方式中，最小单元线路板包括模拟高密度封装焊盘的第一最小单元线路板和用于模拟PCB侧焊盘的第二最小单元线路板。
[0026]本发明还提供一种综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价系统，上述的综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价装置、及用于容置综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价装置以提供应力测试环境的应力环境设备。
[0027]在其中一种实施方式中，应力环境设备包括HALT试验箱或温度循环试验箱，综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价系统还包括与综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价装置串联的多功能表、与多功能表通过还包括GPIB总线接口连接的计算机、及与硬质测试夹具连接的电源。
[0028]该方法通过根据待评价器件制备焊料和最小单元线路板，将焊料和最小单元线路板采用二次回流的方式组装成最小单元菊花链互连结构以形成微互连焊点，并使用硬质测试夹具固定最小单元菊花链互连结构，将硬质测试夹具放置于应力测试环境，通过采集最小单元菊花链互连结构的电参数从而评价微互连焊点的疲劳寿命。使用该方法能够有效的评估微互连焊点的疲劳寿命，可对不同的焊料的微互连焊点的疲劳寿命进行评价，还可对微互连焊点的结构和焊点成分进行优化计。通过比较各种焊料的微互连焊点的疲劳寿命可以确定效果最好的焊点结构和成分。
【附图说明】
[0029]图1为一种实施方式的综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法；
[0030]图2为另一种实施方式的综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法；
[0031]图3为一种实施方式的根据待评价器件制备焊料和最小单元线路板的方法的流程图；
[0032]图4为一种实施方式的第一最小单元线路板的结构示意图；
[0033]图5为一种实施方式的第二最小单元线路板的结构示意图；
[0034]图6为一种实施方式的形成最小单元菊花链互连结构的方法的流程图；
[0035]图7为一种实施方式的最小单元菊花链互连结构的结构示意图；
[0036]图8为一种实施方式的菊花链串联电路的俯视图；
[0037]图9为一种实施方式的菊花链串联电路的侧视图；
[0038]图10为一种实施方式的采集电参数进行疲劳寿命评价的方法的流程图；
[0039]图11为一种实施方式的疲劳寿命评价的电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0040]—种综合应力下微互连焊点的疲劳寿命评价方法，如图1所示，包括以下步骤:
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