摘 要摘 要本文针对自制功率超声设备制备的BGA焊球进行了形貌、尺寸、均匀度和氧化程度分析，主要试验内容包括1、采用软件和数学统计方法，对制备的BGA焊球进行圆整度、直径、均匀度进行测试分析；2、利用扫描电镜对小球形貌和金相进行分析，分析冷却介质对小球的表面微观形貌的影响。3通过ICAP等离子发射光谱仪对小球的氧化程度度进行测试和分析，测试不同工艺条件制备小球的氧化程度。研究结果表明1、通过比较冷却条件的不同下的1mm-1.5mm的小球，得到其经过Image-pro-Plus的数值为1.42、0.98、0.97，截距法数值为1.12、1.02、1.02确定小球的最好的参数的试样为二号样品，分析得出小球制备圆整度较好的实验条件。2、通过分分析对比1mm到1.5mm自制焊球表面微观组织，用以标示小球的焊接强度。3、通过ICAP的离子分析计算小球的氧化程度分别为1.394*10-6、4.38*10-6、1.064*10-6mol氧化率分别为0.34%、1.2%、0.28%。小球的氧化率去除掉较大数值后可以得出其氧化皆以千分计算，证明小球氧化率符合工业标准。关键词BGA焊球；氧化性分析；表征检测；
目录
第一章 绪论 1
1、引言 1
1.1BGA封装简介 1
1.2超声波简介 1
1.3 BGA可靠性 2
1.4 SnBi合金焊球的制备技术 3
1.5国内外研究问题综述 4
1.6无铅焊点及其力学性能的研究 4
第二章 实验设备 6
2.1 SnBi合金的检测设备 6
2.1.1刻度尺和ImageProPlus软件 6
2.1.2扫描电子显微镜 6
2.1.3 DSC差热分析 6
2.1.4 ICAP等离子体发射光谱仪 7
第三章 样品获取及实验内容 8
3.1实验样品的获得 8
3.1.1 SnBi合金焊球的制备 8
3.1.2 SnBi合金小球实验条件限制 9
3.2焊球的分布规律和小球的圆整度计算 10
3.3小球表面金相成分分析 11
3.4 DSC热曲线分析 1
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
1
3.5 ICAP等离子发射光谱仪检测（小球的氧化程度） 11
第四章 实验结果分析 13
4.1小球分布分和圆整度分析 13
4.2扫描电镜分析小球 15
4.2.1小球的表面形貌 15
4.2.2小球表面金相组织分析 16
4.2.3金属的DSC曲线分析 18
4.2.3金属的表面氧化程度分析 18
结论 21
致谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1、引言
1.1BGA封装简介
BGA封装出现于90年代初期，如今已经发展成为现代电子行业中的重要技术，成为高密度封装技术代表，现代电子中很多方面都离不开BGA焊接技术。例如PC芯片组、微处理器/控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD等。BGA与其他的封装技术拥有独一无二的优点：1、成品率相对于其他技术较高2、在焊接上所要求的技术要求较低3、改进了电子电路封装过程中的电路板分配问题。3、减少了了共面损坏问题4、BGA相对于其他技术对焊料的连接要求降低4、焊球的热疲劳问题能够在一定程度上得到缓解。[1]在封装技术上简单与QFC相比较，尽显其优势地位，无论是对焊接要求，还是之后的修正费用等等问题上，此处不一而足[2]但是BGA封装也有其短板的地方例如：电路板上的布局，电路板镀层，电路板的污染、焊膏印刷不当，表面贴装不当等[3]。而且作为面积封装都具有着共同的缺陷检查问题，封装之后的BGA为一体性的，不方便变拆卸和维修操作，同时I/O引线位置的特殊性使得封装无法被普通的技术检查，唯一可行的方法就是通过X射线进行检查加大了BGA装备的维修难度[3]。而且就简单且便宜的二维Xray虽然能够很好的将点在同一平面上进行扫描分析，虽然能够解决一部分问题，但是例如在某一点出现重合的地方坏掉，就无法检验，所以二维的Xray存在很大问题，如果选用三维即断层层扫描，又因为其造价太高，需要与三维设计图作为对比，不满足工业要求[4]。总体来说BGA分装技术拥有其过人的优点，但是由于分装之后的一体性使得其维修检测方面遭遇短板，所以当BGA新技术产生之后，研究其可靠性是一项重要任务其必须优于生产实践之前。
1.2超声波简介
超声波介绍：超声波是一种物理纵波，现阶段广泛用于生活中的各个方面：物理冶金，生物治疗，金属探伤，测试速度，超声波清洗，海底考察，生物手术，其特点是：频率高，能量的高，而且超声波同样也具有各种波的特性能够反射，干涉，叠加和共振现象，这就使得超声波能够被很好的服务于生活的各个方面。
超声波的机械效应：超声波的机械振动在高速振动下进行可以使得物体的大小能够分散，例如将晶粒较大的进行碎化，一般状况下超声波的作用下能够使得金属液体的在结晶的过程中的晶粒变小，超声波的机械效应用于冶金行业;超声波的空化作用：一般用于清洗，超声波与液体作用时会产生较多的气泡，气泡在整个振动过程中产生和炸裂会形成一系列效应;热效应和化学效应：由于超声波本生具有能量所以超声波在作用过程中会产生热效应，当然超声波的作用下会使得一些 化学反应产生意想不到的效果，如果在蒸馏水中施加超声波则可能会使得蒸馏水产生过氧化氢[5]。
1.3 BGA可靠性
近年来，高功能，高密度，高集成化的BGA 封装技术成为主流的封装形式，同时铅对环境和人类的危害，使得其渐渐脱离封装的行业的舞台，国内外对铅材料及其制品作了严格的限制，无铅BGA焊接研究变得日益重要，但秉承研究其可靠性是优于生产之前，所以焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。
BGA无铅焊接涵盖范围比较广阔其包括无铅焊球制作，和无铅焊接工艺，现在所有的无铅焊接工艺并不能做到真正意义上的无铅。而作为减少铅含量的方向发展中，因为无铅焊球小球存在的润湿、强度、焊接过程中各种各样的的问题，所以使得无铅焊接仍然需要铅焊膏，或者铅合金制品的辅助。
随着新的需求的产生，BGA封装的无铅化确实是一个重要的研究点，但根据电子封装的可靠性，微电子技术绝对不能出现当封装的电子制造出来后，才被发现：微电子本身因为缺少研究而导致可靠性不确定的问题。所以虽然研究无铅焊球能够被焊接是主要问题，但是我们在研究过程中任然要把研究BGA无铅焊料可靠性放在重要位置[6]。当然对于BGA可靠性研究的方法五花八门，现在没有一种切实可行的体系对BGA进行检验，在以往文献中有侧重机械应力的检查方法，可衍生的实验也是比较多的，例如：弯曲实验、跌落实验、光学显微镜，Xray扫描等等方法，对焊球的机械应力，和疲劳失效进行实验，也可以对过程中的断口进行染色检查，分析得到失效机理[7]。
无铅焊料本身是具有巨大的缺点的：1、润湿性差2、熔点较高3、金属溶解速度较快，这就使得我们不得不向焊球中添加一些微量元素来改变无铅焊料的性能增加其焊接之后的可靠性，同时也促进了现阶段的无铅焊球的几大主要分类：1、Bi合金类型，目的降低熔点；2、Ag合金类型提高焊料本身的强度3、Cu合金类型，目的主要是出于防腐考虑4、Zn具体为降低熔点。起作用机理是降低固相线和液相线温度，但是由于在铜基底上的润湿性较差，所以通常需要研究与之相配合的焊剂[8]。当然无铅焊料也是尤其有点所在，关于焊球可靠性试验中在冲击环境下的无铅锡球在寿命和强度大于含铅的锡球[9]。

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