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现代半导体封装互连可靠性测试技术 Reza Ghaffarian博士的《BGA与CSP组装工艺的加速热循环试验及其失效机制》技术论文介绍了球栅阵列（BGA）和芯片尺寸封装（CSP）组装工艺上检验互连可靠性的加速热循环试验方法。指出，对于CSP封装组件传统的表面贴装的失效和加速引起的失效的机制是不同的结论。 同时它还比较了在–55°C 到 125°C的温度范围内，冷热冲击和热循环试验引起的失效机理和失效循环次数，并应用修正的Coffin-Manson公式对其它热循环范围进行了推算。 BGA与CSP失效的观察与分析 随着热循环次数的不断增加，可观测到基板和封装表面断裂。下图显示了两种循环条件下的典型失效现象。A条件的失效一般由PWB引起的，而B条件下的失效常由封装面引起的。整体或局部的应力条件可以解释失效机理的差异。 A循环：A循环的条件从-30°C 到100°C，温度变化率为2°C到5°C/分。在高温区保持20分钟以保证斜率。每个循环周期是82分钟。 B 循环：B循环的条件从-55°C 到125°C，但它具有很高的温度变化率。由于它使用三温区：高温、室温、低温，可以理解为冷热温度冲击试验。温变率是非线性的，在10 到 15 °C/分钟间变化，上下限温区保温时间为20分钟。总循环时间大约为68分钟。 www．K中国可靠性 Reza Ghaffarian发现失效处从基板到封装面，应力条件从全局变为局部。当A条件达到一个统一的温度，其破损处可以显示一个整体的应力条件。B条件则相反反应的是一个局部的应力条件。 失效处从基板到封装面，应力条件从全局变为局部。当A条件达到一个统一的温度，其破损处可以显示一个整体的应力条件。B条件则相反反映的是一个局部的应力条件。 结论：小型化封装更易出现从焊接接合点到封装组装一侧的失效转移。建立在错误的失效模式基础上的推测会导致错误的失效循环次数的结果。 -------------------------------------------------------------------------------- 热机械效应方程式，温度冲击加速试验及注意事项 Coffin -Manson关系式是对热应力引起的低循环疲劳对微电路和半导体封装可靠性的影响进行建模的有效方法。这一关系是以倒数幂定律为基础，该定律原用于热循环中金属疲劳的建模，可用于机械和电子部件、焊接和其他连接以及金属疲劳寿命。典型的失效循环数(N)与热循环温度范围(ΔT)及发生频率的关系表达式为： 中国可靠性网 http://可靠性．com 式一：（N1/N2）∝（Δγ2/γ1）β（f1/f2）k exp(1414(1/T1-1/T2) N1和N 2是在两种蠕变条件下的失效循环次数。β为特征值代表疲劳指数。 Δγ和ΔαΔT（DNP/h）成正比，DNP是从中点开始的距离，h是焊点高度。 f1和f2是频率，k是大小在0到1之间的频率指数。 △Tt=试验环境中热循环温度变化，△Tu=使用环境中热循环温度变化。 典型的失效循环数(N)与热循环温度范围(△T)的关系表达式为： 式二：N=A／(△T)Ｂ 其中A是参考条件下的失效循环数，B是特定金属和试验方法的特征值。 Coffin Manson关系式的加速度系数是加速条件下温度摆动与使用条件下温度摆动的比率，自乘到每个失效机理特定的Coffin Manson指数幂中(m=1／B)。 通过分析表明，冷热冲击条件下失效循环次数比在具有低温变率条件下的失效循环次数低，因此对其他温度范围的预测提供了更保守的失效周期，起到加速试验的效果。但是一定注意，在快速温变条件下比如冷热冲击试验条件下如果改变了失效机理，焊点特征值的变化就不可能真实地反应大多数现场应用情况。 www.可靠性．com 结论：从100到125°C高温温差的增加引起的损坏程度比同样数值（-30到-55°C）保持相同ΔT不变低温温差的要大。失效循环次数可以用一个简单修正的Coffin-Manson数模来预测，并可以加速获得热循环测试结果。