d组装面阵列垂直互连技术及可靠性

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1、3D组装面阵列垂直互连技术及可靠性哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.1.1电路板的立体组装1.1.1.1焊球的制备为精确控制大焊球直径并减少所需小焊球的数量，选择商业应用中最大尺寸直径为760μm的焊球作为重熔制备大焊球的材料。本次试验采用直径为1.2mm、2mm的焊球。经计算，制备这两种直径的焊球分别需要4个、18个直径为760μm的小焊球。在熔锡炉当中加入丙三醇，将温度设定为200℃，将一定数量的焊球放入丙三醇中，小焊球熔化后在表面张力的作用下自发重熔为一个大焊球。关闭锡炉，自然冷却至室温，大焊球冷却凝固，放入酒精溶液中进行超声

2、清洗，去除表面丙三醇，即可获得所需尺寸的焊球。试验装置如图2-6所示。图2-6熔锡炉1.1.1.2电路组装过程如图2-6所示，首先制备双面凸点转接板，植球前将转接板在酒精中超声清洁表面，待干燥后在表面涂抹适量助焊剂，之后在转接板的两侧利用激光植球系统分别植上钎料球，如图2-6a）所示。激光植球系统的气动吸嘴吸取焊球与焊盘对准，然后发射激光，焊球熔化与焊盘发生冶金反应，实现激光植球。分别利用0.76mm、1.2mm、2mm三种直径的钎料球制备出三种规格的双面凸点转接板。在A、B、C三块电路板上进行芯片的焊装（513所焊装）并调试，采用

3、的钎料为Sn63Pb37共晶钎料。贴装芯片位置为A板正面，B、C板的反面。之后将焊装好的A、B电路板通过双面凸点转接板实现面阵列垂直互连。如图2-6b)所示。为控制焊球的高度，对于三种规格的转接板分别采用特别定制的厚度为0.5mm、0.72mm、1.2mm的垫圈置于转接板和电路板之间。放入真空钎焊炉当中，峰值温度高于Sn63Pb37共晶钎料30℃左右，设置为210℃，从而实现A、B层电路板之间的电气与机械互连。a)激光植球c)B、C板机械组装d)A、C板互连图2-6立体组装过程示意图B板与C板之间采用毛纽扣实现面阵列垂直互连，如图2

4、-6c）所示。利用耐高温材料聚四氟乙烯制作中间夹层。夹层上分别带有直径为2.5mm的通孔，将绒毛纽扣放入中间夹层的通孔中，按照B层电路板、中间夹层、C层电路板的顺序利用螺钉螺母固定B板和C板。最后利用粗丝键合技术，利用铜丝实现A、C板的互连，不做为本文研究内容。b)A、B板回流焊接哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.1.2可靠性试验1.1.2.1热冲击试验在板级组装中，焊点在承受高低温热载荷时将产生更大的变形，研究焊点的微观组织变化及裂纹的萌生与扩展将更有意义。试验采用GJB1027A-2005可靠性试验标准，高温为125℃，低温为-

5、55℃，高低温各保持10min，共测试200个循环。1.1.2.2随机振动试验板级组装中焊点将承受更大的应力，服役条件更为苛刻。采用GJB1027A-2005的试验标准。在频率为0~2000Hz，总均方根加速度为15g条件下垂直电路板方向试验2min，其中频率谱密度的上升和下降斜率分别为±6dB/oct。总均方根加速度可以根据公式（2-1）、（2-2）、（2-3）进行计算。功率谱密度曲线与频率范围围成的面积的平方根即为总均方根加速度。如图2-8所[1]示，A1，A2，A3分别表示三块功率谱密度和频率围成的面积。计算公式如下所示：(0

6、-1)(0-2)(0-3)式中m0?N0/3，N0为谱线的斜率，单位为dB/oct，f1=10Hz，f2=100Hz，f3=1000Hz，f4=2000Hz，则总均方根加速度为：求得w=0.15687g2/Hz。图2-1对数坐标下功率谱密度曲线(0-4)1.2本章小结6dB/oct-6dB/octA2A1A3测试方案，包括热冲击试验和随机振动试验。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章毛纽扣性能研究绒毛纽扣是一种圆柱形弹性连接器，是利用细金属丝经过编织、缠绕、冷压成型制成的。如图3-1所示。常用的材料有铍铜、钼、钨、镍铬等材料。同时为

7、了增加导电性在材料表面镀金，也降低了毛纽扣和焊盘的接触电阻。本次试验采用的三种毛纽扣为镀金铍铜丝毛纽扣（Au/BeCu）、镀金钼丝毛纽扣（Au/Mo）和铍铜丝和钼丝各占50%制成的双丝复合毛纽扣（Au/BeCu-Mo）。采用的细金属丝线径为50μm，毛纽扣的直径为2mm，长度为7.62mm，金属丝填充率为25%。铍铜具有以下优点：（1）具有最低的信号失真，电阻值低；（2）高的插装周期性；（3）铍铜在铜合金具有最好的弹性性能，高强度极限、弹性极限、屈服极限、弹性滞后小，高的蠕变抗力；（4）具备高的导电率，导热率。钼丝具有以下优点：（1

8、）在极端温度条件下能保持结构稳定；（2）硬度高，热膨胀系数小，良好的导电和导热等特性；（3）超高抗拉强度，延伸率小。利用两种金属丝制成的毛纽扣希望兼备两种金属的特点。图3-1毛纽扣本章研究毛纽扣的力学和电学特性，主要研究三种毛纽扣的单