小尺度薄型封裝焊點失效機理和可靠性設計

第 1 8卷 第6期 2 0 1 2年 l 2月 上 ； 芻 } 戈 報 ( 自然 科 學 版) J O U R N A L O F S H A N G H A I U N I V E R S I T Y ( N A T U R A L S C I E N C E ) V0 l _ l 8 No ． 6 De c ．2 01 2 D O I ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 - 2 8 6 1 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 0 3 小尺度薄型封裝焊點失效機理和可靠性設計 錢 佳 民 ， 徐 閏， 湯敏 燕 ( 上海大學 材料科學與工程學院， 上海 2 0 0 0 7 2 ) 摘要： 通過實驗研究 了印刷 電路板( p r i n t c i r c u i t b o a r d ， P C B) 設計對小尺寸薄型封裝 ( t h i n s m a l l o u t l i n e p a c k a g e ， T S O P ) 焊點可靠性的影響． 實驗制作了包含引腳焊盤的長度 、 焊盤的表面處理方式及背靠背的雙面貼裝偏移量 3種 設計參數的可靠性測試板， 并采用表面貼裝工藝( s u r f a c e mo u n t t e c h n o l o g y ， S M T) 將 T S O P器件焊接到測試板上； 經 一 4 0—8 5℃的高低溫循環試驗后 ， 收集了T S O P引腳焊點裂紋的生長數據； 討論了焊點失效的機理， 相應考慮了 2 種可靠性判斷準則 ， 并 對各參數 條件下 的裂 紋數據進 行 比較． 結果表 明， 長尺寸焊盤、 有機保 焊膜 ( o r g a n i c s o l d e r a b i l i t y p r e s e r v a t i v e s ， O S P ) 及不對稱的兩面布置方式有助于提高 T S O P引腳的焊點可靠性． 關鍵詞： 小尺寸薄型封裝； 焊點可靠性； 失效機理 中圖分類號 ：V 4 3 8 ． 4 文獻標志碼 ： A 文章編號 ： 1 0 0 7 - 2 8 6 1 ( 2 0 1 2 ) 0 6 - 0 5 6 1 -06 I mp r o v e me n t o f S o l d e r J o i n t Re l i a b i l i t y f o r Th i n S ma l l Ou t l i n e P a c k a g e Q I A N J i a — mi n ， X U R u n ， T A N G Mi n — y a n ( S c h o o l o f Ma t e r i al s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 7 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f p ri n t c i r c u i t b o a r d d e s i g n o n s o l d e r j o i n t r e l i a b i l i t y( S J R)o f t h i n s ma l l o u t l i n e p a c k a g e( T S O P )h a s b e e n i n v e s t i g a t e d i n a s p e c i fi c a l l y d e s i g n e d e x p e r i m e n t ． T h e S J R t e s t b o a r d i n c l u d e s t h r e e l a y o ut pa r a me t e r s ．Th e TS OP c o mp o n e n t h a s b e e n s o l d e r e d t o t h e t e s t b o a r d u n d e r s ur f a c e mo u n t p r o c e s s ．S o l d e r j o i n t s ’c r a c k l e n g t h s u b j e c t t o e a c h d e s i g n p a r a me t e r h a s b e e n m e a s u r e d a f t e r t h e s a m p l e s w e n t t h r o u g h t h e r ma l c y c l i n g f r o m 一4 0 t o 8 5 ℃． T h e me c h a n i s m o f s o l d e r j o i n t c r a c k h a s b e e n d i s c u s s e d ．I n a d d i t i o n ， t w o j u d g m e n t c ri t e ri a a r e c h o s e n a c c o r d i n g t o t h e c r a c k l e n g t h ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t S J R o f T S O P c a n b e i m p r o v e d b y l o n g s i z e p a d ，o r g a n i c s o l d e r a b i l i t y p r e s e r v a t i v e s( O S P)s u rf a c e fin i s h a n d o f f s e t d o u b l e p l a c e me n t ． Ke y w o r d s ： t h i n s m a l l o u t l i n e p a c k a g e( T S O P ) ；s o l d e r j o i n t r e l i a b i l i t y( S J R) ； f a i l u r e m e c h a n i s m 引線框架 ( 1 e a d fr a m e ) 是半導體器件 和集 成 電 路封裝的主要部件之一， 其制造成本低廉， 生產工藝 成熟． 目前市場上主流的存儲器 ( m e m o r y d e v i c e ) 都 采用引線框架為基材 的薄型小尺 寸封裝 ( t h i n s ma l l o u t l i n e p a c k a g e ， T S O P) ， 它 是 一 種 在 S O P( s ma l l o u t l i n e p a c k a g e ) 基 礎上發展 出來 的薄 型封裝 ， 是兩 側有引腳并朝外 ( 類似翼型 g u l l — w i n g ) 的