多晶焊点在电迁移及热循环下的微观组织演变

发布时间：2019-11-09 02:41

【摘要】：现如今,电子产品向着微型化且多功能化方向发展,使封装密度不断提高,互连焊点尺寸变得越来越小,这使得单个焊点所承载的电流密度和焊点的服役温度与日俱增,从而带来了更多的可靠性问题。在相关研究中,电迁移现象与热疲劳失效一直是可靠性研究的重点,本课题就是在此背景下研究多晶焊点在电迁移与热循环中的微观组织演变。本实验利用丝网印刷与回流焊技术,通过控制回流温度,制备出尺寸均匀的Sn3.0Ag0.5Cu多晶焊点,并对其进行电迁移与热循环实验。利用扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射分析技术(EBSD),分析观察多晶焊点在电迁移与热循环前后的微观组织与晶体结构变化。多晶焊点的电迁移实验是在电流2.5A、恒温150℃条件下进行。试验中发现Sn3.0Ag0.5Cu多晶焊点中在电流出入口处存在电流塞积,且阴阳极有极性效应出现,这些导致了在焊点的阴极容易形成空洞和裂纹,同时造成化合物及Ni层的溶解,并且使得阳极界面化合物更厚。但是与一个及几个晶粒的焊点不同的是,多晶焊点中的晶粒尺寸小,晶粒数目多,晶体取向差大且取向随机分布,焊点表现出各向同性,导致Cu原子的扩散不存在“优取向”与“差取向”,长时间通电后多晶焊点中的化合物长大并不明显,且未出现化合物的长程迁移,电迁移受到了明显的抑制。热循环实验在-40℃至125℃的条件下进行,多晶焊点在热循环中发生再结晶现象且晶粒变得更加细小,再结晶形成的晶界为大角度晶界,焊点中的裂纹发生在再结晶区域,循环2000周期后的焊点在氧化铝陶瓷界面发生断裂。热循环过程中界面IMC的生长除受到温度控制外,还要考虑到高低温停留时间、升降温过程及应力应变的影响,导致IMC生长速率慢于等温时效中的IMC生长速率。多晶焊点的剪切强度随着热循环时间的推移而下降,断裂形式由初始的韧性断裂向脆性断裂转变,同时由于Cu原子的扩散导致Ni与Cu界面结合力减弱,在剪切试验时发生界面分离。
【图文】：

扩散能量,电流,扩散系数,常数

图 1-1 电流及无电流作用下原子的扩散能量图[7]stein equation[12,13]可以将 M 改写为 = 子扩散系数；尔兹曼常数；

焊点,结构示意图,因素,性能

倒装互连焊点结构示意图
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN05

【参考文献】