Sn-58Bi-Ag焊点服役组织演化及可靠性研究
发布时间：2021-03-21 21:09
随着信息技术的高速发展,便携式电子设备的市场需求大大增加。为降低生产成本,减少元器件在封装焊接时的损伤,迫切需要在通信电子设备的生产中推广和使用低温焊料。锡铋共晶合金价格低廉,熔点较低,具备较高的机械强度和抗蠕变能力,是低温钎焊的理想选择。但是,锡铋合金在使用过程中会出现富铋相的粗化,导致焊点脆性增大。银元素的加入可以在一定程度上改善这一缺点。因此,Sn-58Bi-Ag焊料合金被作为最具备推广使用潜力的低温焊料受到了学界和业界的高度重视。为了定量地表征Sn-58Bi-Ag在服役过程中的微观组织演化并分析其可靠性,针对电子设备常见的使用场景,我们设计了 Sn-58Bi-Ag焊点的温度循环实验、老化时效实验以及纯Sn焊点的应力时效试验,通过系统研究取得的主要成果如下:Sn-58Bi-Ag焊点的温度循环实验结果表明:焊点的回流微观组织由界面IMC、不规则片层状富铋相、富锡相以及富锡相内部析出的短针状与椭球状的细碎富铋相构成。界面处IMC的厚度以及不规则片层状富铋相的平均片层厚度均随着温循周次的增加逐渐增厚,界面IMC厚度与循环周次、富Bi相片层厚度与循环周次之间均呈现指数小于1的幂函数关系。...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２电子封装技术的发展??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??
）发明了人类??历史上第一颗晶体管［５］。为了使得晶体管可靠服役不受损坏，需要将其封闭在有??保护性气氛的外壳之中；而为了方便晶体管在电路中的运用，需要为其设计引脚??以方便其在电路中的焊接；为了保护焊接之后晶体管不易脱落，需要专门为之在??电路板上设计专门的支撑底座。逐渐地，这些在运用晶体管过程中的种种考虑最??终在上世纪５０年代演化为具备三根引线，玻璃－金属外壳的Ｔ〇（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ?ｏｕｔｌｉｎｅ）??封装［６］。如１．３图所示为一种典型的采用ＴＯ封装的器件［７］。??图１．３典型ＴＯ封装器件??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ＴＯ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??随后经过约１０年的晶体管技术发展期，在１９５８年７月，任职于德克萨斯仪??器公司的现代集成电路之父——杰克？基尔比首次提出了“集成电路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ??ｃｉｒｃｕｉｔ）?”这一概念，并于当年的１２月１２日公开展示自己所制作的实验模型，随??后于次年的２月６日注册专利［８］。就在基尔比制作出第一个集成电路模型之后??半年时间，任职在仙童半导体公司的罗伯特？诺伊兹发明了第一块硅基单片１Ｃ芯??片，从此拉开了现代１Ｃ产业的大幕，该年也被也因此被称之为现代集成电路发??展的“１９５９Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ”［９］。随着ＩＣ技术的发展，单块芯片的输入／输出引脚数相应??增加，因此也要求的封装的引脚相应增加。为了顺应这一发展趋势，２０世纪６０??年代新的封装形式——ＤＩＰ?（Ｄｕａｌｌｎ－ｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）被开发出来［１０］。这种封装方??式价格低廉，可靠性高适用范围广，很快就广泛占领了工业和民用电子产品的封??装市常??
第１章绪论??＂１?７１?＾??图１．４常见的ＤＩＰ封装形式??Ｆｉｇ．１．４?Ｅｘａｍｐｌｅ?ｏｆ?ｃｏｍｍｏｎ?ＤＩＰ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??时间到了?２０世纪８０年代，此时的ＩＣ集成度己经相较之前有了极大的增加，??单个芯片尺寸也较以往有了很大的提升，传统ＤＩＰ封装己经难以满足需要。此??时，封装技术产生了一场新的变革，即ＳＭＴ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技术的??产生和推广［１１］。为了顺应与ＰＣＢ?（Ｐｒｉｎｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ?Ｂｏａｒｄ）之间新的连接方式，??ＤＩＰ封装逐渐衍生出了?ＳＯＰ?（Ｓｍａｌｌ?Ｏｕｔｌｉｎｅ?Ｐａｃｋａｇｅ）。最重要的是ＳＭＴ催生了??ＱＦＰ?（Ｑｕａｄ?Ｆｌａｔ?Ｐａｃｋａｇｅ）这种全新的可容纳数倍于ＤＩＰ的更高密度的封装形式??的出现［１２］。??图１．５典型的ＱＦＰ封装??Ｆｉｇ．１．５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ＱＦＰ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??后来到上世纪９０年代，ＩＣ的集成度己经进入到了超大规模阶段，ＱＦＰ封装??的四个边处的引脚间距己经缩至工艺极限，但是仍旧不能满足引脚增加的数量。??此时的封装技术又经历了一次重大改革，即将引脚排布从之前的周边线形排布改??成面阵列型，以提高封装形式可容纳的阵脚数量。这一改革进而催生了?ＢＧＡ（Ｂａｌｌ??Ｇｒｉｄ?Ａｒｒａｙ）技术，这种新式的封装结合了?ＳＭＴ技术和面阵列针脚排布的优点，??４??
本文编号：3093539
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２电子封装技术的发展??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??
）发明了人类??历史上第一颗晶体管［５］。为了使得晶体管可靠服役不受损坏，需要将其封闭在有??保护性气氛的外壳之中；而为了方便晶体管在电路中的运用，需要为其设计引脚??以方便其在电路中的焊接；为了保护焊接之后晶体管不易脱落，需要专门为之在??电路板上设计专门的支撑底座。逐渐地，这些在运用晶体管过程中的种种考虑最??终在上世纪５０年代演化为具备三根引线，玻璃－金属外壳的Ｔ〇（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ?ｏｕｔｌｉｎｅ）??封装［６］。如１．３图所示为一种典型的采用ＴＯ封装的器件［７］。??图１．３典型ＴＯ封装器件??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ＴＯ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??随后经过约１０年的晶体管技术发展期，在１９５８年７月，任职于德克萨斯仪??器公司的现代集成电路之父——杰克？基尔比首次提出了“集成电路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ??ｃｉｒｃｕｉｔ）?”这一概念，并于当年的１２月１２日公开展示自己所制作的实验模型，随??后于次年的２月６日注册专利［８］。就在基尔比制作出第一个集成电路模型之后??半年时间，任职在仙童半导体公司的罗伯特？诺伊兹发明了第一块硅基单片１Ｃ芯??片，从此拉开了现代１Ｃ产业的大幕，该年也被也因此被称之为现代集成电路发??展的“１９５９Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ”［９］。随着ＩＣ技术的发展，单块芯片的输入／输出引脚数相应??增加，因此也要求的封装的引脚相应增加。为了顺应这一发展趋势，２０世纪６０??年代新的封装形式——ＤＩＰ?（Ｄｕａｌｌｎ－ｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）被开发出来［１０］。这种封装方??式价格低廉，可靠性高适用范围广，很快就广泛占领了工业和民用电子产品的封??装市常??
第１章绪论??＂１?７１?＾??图１．４常见的ＤＩＰ封装形式??Ｆｉｇ．１．４?Ｅｘａｍｐｌｅ?ｏｆ?ｃｏｍｍｏｎ?ＤＩＰ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??时间到了?２０世纪８０年代，此时的ＩＣ集成度己经相较之前有了极大的增加，??单个芯片尺寸也较以往有了很大的提升，传统ＤＩＰ封装己经难以满足需要。此??时，封装技术产生了一场新的变革，即ＳＭＴ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技术的??产生和推广［１１］。为了顺应与ＰＣＢ?（Ｐｒｉｎｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ?Ｂｏａｒｄ）之间新的连接方式，??ＤＩＰ封装逐渐衍生出了?ＳＯＰ?（Ｓｍａｌｌ?Ｏｕｔｌｉｎｅ?Ｐａｃｋａｇｅ）。最重要的是ＳＭＴ催生了??ＱＦＰ?（Ｑｕａｄ?Ｆｌａｔ?Ｐａｃｋａｇｅ）这种全新的可容纳数倍于ＤＩＰ的更高密度的封装形式??的出现［１２］。??图１．５典型的ＱＦＰ封装??Ｆｉｇ．１．５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ＱＦＰ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ??后来到上世纪９０年代，ＩＣ的集成度己经进入到了超大规模阶段，ＱＦＰ封装??的四个边处的引脚间距己经缩至工艺极限，但是仍旧不能满足引脚增加的数量。??此时的封装技术又经历了一次重大改革，即将引脚排布从之前的周边线形排布改??成面阵列型，以提高封装形式可容纳的阵脚数量。这一改革进而催生了?ＢＧＡ（Ｂａｌｌ??Ｇｒｉｄ?Ａｒｒａｙ）技术，这种新式的封装结合了?ＳＭＴ技术和面阵列针脚排布的优点，??４??
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