一種bga焊點加速壽命預測方法

一種bga焊點加速壽命預測方法
【專利摘要】本發明涉及一種BGA焊點加速壽命預測方法，包括以下步驟：a)隨機選取n個BGA焊點樣品，其中n≥5，對所述BGA焊點樣品進行環境應力篩選處理；b)對經步驟a)處理的樣品進行綜合應力處理，包括：對經步驟a)處理的樣品進行進行第二溫度循環處理、隨機振動處理和電應力處理，并記錄樣品的失效時間；c)對經步驟b)處理的樣品進行第三次溫度循環處理；d)使用式(III)所示模型計算加速因子，最后，利用式(IV)來計算使用平均失效前時間MTTRuse來預測BGA焊點的使用壽命。本發明還提供了一種所述的方法在制備電子產品和機械設備中的應用。
【專利說明】-種BGA焊點加速壽命預測方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電子產品的封裝，具體涉及一種BGA(Ball Grid Array,球柵陣列）焊 點加速壽命預測方法。

【背景技術】
[0002] 隨著電子產品向便攜式、小型化，網絡化和多媒體方向的迅速發展，對多芯片組件 的封裝技術提出了更高要求，新的高密度封裝技術不斷涌出，BGA(Ball Grid Array，球柵 陣列）就是近年來興起的新型高密度封裝工藝。BGA改變傳統封裝采用的周邊引線方式，變 成在基板下面面陣排列引出腳，并將引出腳改為Pb/Sn焊料凸點。與傳統的封裝形式相比， BGA具有單位面積上的I/O數多，引線電感和電容小，散熱效果好、對位要求低等優點，從而 使其逐漸成為現代封裝技術的主流。由此可見，BGA焊點的使用壽命已成為影響電子產品 質量與可靠性的關鍵因素。
[0003] 近年來，隨著可靠性試驗技術的發展，加速壽命試驗逐漸成為鑒定產品的可靠性 壽命的主要手段之一。所謂加速壽命試驗，即是在不引入新的失效機理的前提下，通過采用 加大應力的方法促使樣品在短期內失效，以預測產品在正常工作條件或儲存條件下的可靠 性的試驗。它以實驗為手段，通過記錄分析高應力下試驗樣本的失效數據，得到該應力下的 樣本總體的壽命特征，再外推樣本使用應力下的壽命特征。加速試驗一般有兩種用途，其一 是定性加速試驗，主要用于確認產品的失效模式和失效機理；其二是定量加速試驗，亦即加 速壽命試驗，主要用于預測產品在使用條件下的壽命特征。對于前者而言，加速壽命試驗無 疑是十分有效的，因為在加速條件下，較高的應力能使產品的薄弱環節盡快地暴露出來，從 而發現設計生產環節的缺陷；而對第二種用途而言，情況比較復雜，因為很難建立起加速條 件和使用條件下產品失效特征的對應關系，并且也沒有任何一種加速壽命模型能夠精確的 描述產品的壽命-應力關系，也沒有一種加速模型能夠適用于多種產品。
[0004] 目前，BGA焊點的壽命參數評估有兩種方法：1)現場數據統計法；2)利用加速壽 命試驗獲取試驗數據，然后進行統計分析。現場數據統計法是通過收集現場使用的故障數 據，然后對數據進行統計處理，進而實現對BGA焊點壽命評估。但現場數據分布區域廣，數 據收集周期長，因此通過現場數據對BGA焊點的壽命進行評估比較困難。利用加速壽命試 驗獲取試驗數據，可以彌補上述缺點。但目前常用的3種加速壽命試驗方法，即恒定應力 加速壽命試驗方法、步進應力加速壽命試驗方法和序進應力加速壽命試驗方法，均不能實 現快速獲得BGA焊點壽命數據的目的，主要原因是：恒定應力加速壽命試驗需要分組試驗， 試驗周期長；步進應力和序進應力加速試驗數據不適用于最佳BGA焊點的壽命估計模型一 Engelmaier-Wild 模型。


【發明內容】

[0005] 針對以上不足，本發明提供了一種加速壽命試驗方法，包括：綜合應力試驗、快速 溫度循環試驗和壽命回歸等試驗步驟，在較短時間內快速激發出樣品的潛在缺陷，從而能 迅速優選出最佳BGA焊點工藝方法，并選取合適數量的最佳BGA焊點樣品，通過快速溫度循 環試驗在短時間內獲取足夠的樣品壽命數據，并應用Engelmaier-Wild模型估算出BGA焊 點的平均失效前時間（平均壽命）。
[0006] 本發明的第一個實施方式涉及一種BGA焊點加速壽命預測方法，包括：
[0007] c)對BGA樣品進行溫度循環處理，其中所述溫度循環處理為以將樣品加熱至溫度 Ttrmax并保持時間，隨后以Rq (°C /min)速度將樣品溫度冷卻至Ttrmin并保持時間tq_d為一 個周期循環，對所述樣品進行多次周期循環處理直至樣品失效，并記錄1?n號樣品失效周 期循環次數Nfl、Nf2、…、Nfn，以式（II)計算得到平均失效周期循環次數

【權利要求】
1. 一種BGA焊點加速壽命預測方法，包括以下步驟： c) 對BGA樣品進行溫度循環處理，其中所述循環處理為以將樣品加熱至溫度Ttrmax并保 持時間，隨后以RqCC /min)速度將樣品溫度冷卻至Ttrmin并保持時間tq_d為一個周期循 環，對所述樣品進行多次周期循環處理直至樣品失效，并記錄1?n號樣品失效周期循環次 數Nfl、Nf2、…、Nfn，以式（II)計算得到平均失效周期循環次數；
d) 使用式（III)所示模型計算加速因子， AF = Nf_use/Nf_test = (ATuse/ATtest) _L9X (fuse/ftest)1/3X[exp(1414/T use_max-1414/ Ttest--)] HI 式（III)中： AF表示加速因子； Nf__表示使用循環次數；Nf_test表示試驗循環次數； ATuse表示使用溫度變化值（°C ); AItest表示試驗溫度變化值（°C ); 表示使用循環頻率；ftest表示試驗循環頻率； Tuse-max表不現場最商溫度；Ttest_max表不試驗最商溫度； 其中，Nf_test為步驟c)中計算得到的 AT =T -T . 1 test 1 q-max 1 q-min ， ftest = 525600/ [tq-u+tq-d+2 (Tq-max-Tq-min) /Rq](循環次數 / 年） T =T . use-max q-max ， 最后，利用式（IV)來計算使用平均失效前時間MTTRuse ; MTTRuse = AFXMTTRtest(IV) 其中，式（IV)中 MTTRtest= A^xftq-u+tq-tft^d-max-Tq-mij^/Rq]。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中使用的BGA樣品通過以下 方法篩選： a) 隨機選取n個BGA焊點樣品，其中n > 5,對所述BGA焊點樣品進行環境應力篩選處 理，包括對所述樣品進行第一溫度循環處理，所述第一溫度循環處理為以將樣品加熱至溫 度TVmax并保持時間te_u，隨后以Re(°C /min)速度將樣品溫度冷卻至Te_min并保持時間te_d為一個周期循環，對所述樣品進行多次周期循環處理直至樣品失效，并記錄樣品失效前的 處理時間； b) 對經步驟a)處理的樣品進行綜合應力處理，包括：對經步驟a)處理的樣品進行進 行第二溫度循環處理、隨機振動處理和電應力處理，并記錄樣品的失效時間；其中所述第二 溫度循環處理為以將樣品加熱至溫度T_ax并保持時間，隨后以R。（°C /min)速度將樣品 溫度冷卻至T_in并保持時間為一個周期循環，對所述樣品進行多次周期循環處理直至 樣品失效，并記錄1?n號樣品失效前的處理時間h、t2、…、tn，以式（I)計算得到平均失 效前處理時間；
根據所述平均失效前處理時間，對所述BGA焊點進行篩選。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述Te_max在70?85°C的范圍內， Te-Hlin在-45?-25°C的范圍內，Re在15?25°C /min的范圍內，te_u在10?30min的范圍 內，te_d在10?30min的范圍內。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述IVmax在95?125°C的范 圍內，IVniin在-55?-35°C的范圍內，Rc在25?60°C /min的范圍內，tc_u在10?30min的 范圍內，te_d在10?30min的范圍內。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述隨機振動處理在5Hz? 500Hz的范圍內隨機振動，ASD量級為11. 83?545. 2 (m/s2)2/Hz。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，所述綜合應力實驗是將所述 BGA焊點樣品安裝在振動平臺上，且使所述振動平臺的振動方向垂直所述樣品。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述電應力處理為：在試驗過 程中全程給試品通電測試，其通電電壓為試品的額定電壓。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，所述Ttrmax在95?125°C的范 圍內，Ttrmin在-55?-35°C的范圍內，Rq在15?35°C /min的范圍內，tq_u在10?30min的 范圍內，tq_d在10?30min的范圍內。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其特征在于，所述n > 32。
10. -種根據權利要求1-9中任一項所述的方法在制備電子產品和機械設備中的應 用。
【文檔編號】G01N3/00GK104344988SQ201410614060
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】王鵬, 廖岳漢, 王益民, 余鋒, 周峰, 劉佳, 劉國濤, 張祥珊 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司