實驗試片

振動試驗所使用之實驗用測試板，乃完全依照JEDEC 標準規範中之 設計理念為依據，其測試板之幾何尺寸為長 132 mm、寬 77 mm 及厚度 為 1 mm，如圖 4-11 所示；而此測試板為八層之複合層板材料，其詳細 材料成份，如表 4-2 所示。於測試板上，規劃了十五顆晶片之位置，一 共分為三列五排U1 到 U15；當中測試板邊腳之四個螺絲孔位，主要是進 行振動試驗時，用來固定於振動輔助平台上，而其中每顆晶片上之輸出 入(I/O)接腳數皆為 296 個錫球數，並於每個接腳銲墊上，鍍上一層氧化 銅，用以作為與錫球之間的連接媒介。

f a

80 Hz 2000 Hz f

A

80 Hz 2000 Hz

(1a) (1b)

20g 1.5

表4-2 測試板之複合層板詳細材料成份

本文中所使用之晶片為 TFBGA 296L 晶片，其晶片外觀如圖 4-12 所示，而製作振動實驗用的測試片所需設備與過程如下：

圖 4-12 TFBGA 296L 晶片封裝體

(1)高溫烘烤箱：利用高溫烘烤箱，於施行表面黏著技術前，將 TFBGA 296L 晶片與測試板，先行烘烤完畢待用。其烘烤之主要 目的在於，預防晶片與測試板施行表面黏著技術後；當 進行回焊作業時，避免因晶片或測試板內部之水氣，而 發生爆米花效應。

(2)錫膏：其功用是作為晶片封裝體上之錫球與測試板上之焊墊，兩者之 間的介面黏著介質。而本文中，所使用之錫膏合金為無鉛錫 膏，其成份為錫銀銅合金，而各類合金成份百分比為 Sn 96.5

﹪、Ag 3.0﹪及 Cu 0.5﹪，如圖4-13所示。

圖 4-13 錫銀銅合金 Sn 96.5/Ag 3.0/Cu 0.5 之無鉛錫膏

(3)精密之定位鋼板：其最主要之用途，是在於測試板之焊墊上塗抹錫膏 時，可利用此精密之定位鋼板，作為錫膏塗抹時之

定位工具，而不致使錫膏塗抹於銲墊之外，如圖 4-14所示。

圖 4-14 精密之定位鋼板

(4)半自動錫膏印刷機：型號DER-3040D2P，主要對於測試板精準對位並 可自動刷上錫膏，如圖4-15所示。

圖 4-15 半自動錫膏印刷機

(5)光學定位儀器：其主要功用是利用內部之三稜鏡，且以光學原理將晶 片上之錫球與測試板上之焊墊，透過高倍率顯微鏡投 影至螢幕上，使得能精準地進行錫球與焊墊之定位動 作。而光學定位儀器之型號規格為 PLACER MP-2000 SERIES，如圖4-16所示。

圖 4-16 光學定位儀器

(6)熱風式回焊爐：將施行表面黏著後之試片，置於此熱風式回焊爐中，

進行錫球與銲墊之黏著；而待經由回焊作業後，晶 片封裝體便會成功的鑲於測試板之銲墊上，如此一 來，便完成最終之實驗試片，如圖4-17所示。

(7)三用電表：可作為實驗試片之初步診斷作業，利用三用電表，將進行

三菱鏡進行光學投射，將測試板上之焊墊與晶片上之錫球影像，投射 至螢幕上。由螢幕上觀看兩者之影像，並進行定位動作，待定位完成 後，將晶片移動至測試板上。最後釋放掉真空，使其晶片能成功的鑲 於測試板之精確位置上，而完成晶片與測試板之定位動作，如圖4-21 所示。

(6)將成功鑲上晶片之測試板，送至熱風式回焊爐中，進行後續多段式溫 差之回焊作業，使得晶片能牢牢的接著於測試板上，如圖4-22所示。

由於本文中所使用之錫膏成分為無鉛的錫銀銅合金之測試板，其最高 之回焊溫度在 260℃，其回焊溫度曲線示意圖，如圖4-23所示。

(7)最後，可利用三用電表，針對其實驗用試片之內部電阻值，進行最後 之量測與紀錄動作，以確保實驗用試片是完好無損壞。因而此項動作，

可作為實驗用試片最終之檢測步驟，進而確保實驗用試片之良率與品 質，如圖4-24所示，經檢驗後實驗試片阻值穩定。

圖 4-18 未上錫膏之測試板與位置編號

U1 U2 U3 U4 U5

U6 U7 U8 U9 U10

U11 U12 U13 U14 U15

圖 4-19 均勻塗抹錫膏於定位鋼板上

圖 4-20 檢視錫膏是否有與測試板上之焊墊對準

圖 4-22 多段式溫差之回焊作業

圖 4-23 回焊溫度曲線

圖 4-24 實驗試片內部電阻值之檢測

4.4 掃頻疲勞振動試驗

本研究主要針對 TFBGA 封裝體以有限元素分析理論與實驗的相互配 合，探討封裝體錫球於共振頻率下之振動疲勞壽命；數值模擬方面，採 用有限元素分析，對 TFBGA 封裝體在實際振動測試條件下，進行振動模 擬分析，進而計算錫球內部之應力與應變。在數值分析中，可以觀察到，

封裝體與測試電路板之整體主系統的分析結果相當受楊氏係數及阻尼係 數之影響。而實驗部分，對測試片施加正弦函數之負載，進行由低頻到 高頻的掃頻振動測試，以得知其第一共振頻率。疲勞測試則採用固定頻 率、固定輸入振幅，連續振動直到封裝體因錫球產生疲勞破壞而失效，

以此取得封裝體錫球之振動疲勞壽命。

在非常低頻如 0 Hz 到 20 Hz 的範圍內，引起共振的機會相當低，