热迁移效应对无铅微焊点显微组织及力学性能的影响

发布时间：2017-06-08 05:13

  本文关键词：热迁移效应对无铅微焊点显微组织及力学性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子产品向微型化、多功能化方向发展,电子封装互连焊点的特征尺寸越来越小,电流密度越来越大,导致在互连微焊点中,伴随电迁移效应产生的热迁移效应成为影响微焊点可靠性的主要问题。为了单独研究热迁移现象对互连焊点可靠性的影响,本文设计了纯热迁移实验平台,以模拟的倒装芯片(Flip-Chip)及3D-IC封装互连焊点为研究对象,研究了在温度梯度作用下互连焊点的显微组织及对力学性能的演变。本文首先研究焊点高度分别为0.8mm和0.4mm的Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点,在温度梯度(TG=1250°C/cm)作用下热迁移250、500、750h后的界面显微组织以及力学性能的演变。结果表明:随着热迁移时间的增加,不同焊点高度焊点冷端都产生界面金属间化合物(Imtermetallic compound,简称IMC)的堆积、热端产生界面IMC的溶解,即热端界面IMC不断减薄而冷端不断增厚的现象;并且焊点的剪切强度也随着热迁移时间的增加而逐渐降低,焊点的断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变,焊点断裂位置逐渐从焊点中心位置向热端界面处靠近。其次,研究了Ni/Sn/Cu焊点在Ni分别为冷、热端条件下,温度梯度为1250°C/cm时,热迁移250、500、750、1000h后的界面显微组织及力学性能的演变。研究发现:随着热迁移时间的增加,冷热端的界面IMC都不断增厚。相对于Ni为冷端时,Ni为热端时冷热端界面IMC增厚趋势更为明显。此外,剪切试验表明:不论Ni作为冷端还是热端,在热迁移的作用下,随着加载时间的增加,焊点的剪切强度都是不断减小,断裂模式由韧形断裂向脆性断裂转变,断裂位置也由焊点中心位置向热端靠近。最后,通过研究小间隙Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点(焊点高度为15μm),在TG=2000°C/cm作用下热迁移250、500、750、1000h后的界面显微组织和力学性能演变。结果发现:在热迁移作用下,随着加载时间的增加,两端界面IMC不断增厚。在同一加载条件下,冷端界面IMC比热端厚。力学性能的试验表明,试样随着热迁移加载时间的增加,剪切强度逐渐减小且断裂模式由韧形断裂向脆性断裂转变,断口的位置也是由焊点中心位置向热端靠近。
【关键词】：热迁移效应 等温时效 界面显微组织 剪切强度
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN05;TG44
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景及意义11-17
• 1.1.1 电子封装技术的发展11-13
• 1.1.2 热迁移概念提出及理论13-15
• 1.1.3 倒装芯片(Flip Chip)及 3D-IC封装的热迁移现象15-17
• 1.2 热迁移效应的研究现状17-23
• 1.2.1 热迁移对有铅钎料焊点组织结构的影响18-19
• 1.2.2 热迁移对无铅钎料焊点组织结构的影响19-21
• 1.2.3 焊点热迁移尺寸效应21-22
• 1.2.4 热迁移互连焊点可靠性22-23
• 1.3 本文的研究内容23-24
• 1.3.1 热迁移效应对不同焊点高度焊点性能的影响23
• 1.3.2 热迁移效应对Ni/Sn/Cu焊点扩散偶的影响23
• 1.3.3 热迁移效应对小间隙焊点性能的影响23-24
• 第二章 研究方法与实验过程24-30
• 2.1 实验材料24
• 2.2 试样制备24-27
• 2.2.1 焊点高度为 0.4mm及 0.8mm试样制备24-26
• 2.2.2 小间隙焊点的试样制备26-27
• 2.3 热迁移实验平台的搭建及实验过程27-28
• 2.3.1 热迁移实验平台的搭建27
• 2.3.2 热迁移实验27-28
• 2.3.3 等温时效实验28
• 2.4 焊点界面IMC形貌观察及力学性能的检测28-30
• 2.4.1 界面IMC形貌观察28
• 2.4.2 力学性能的检测28-30
• 第三章 热迁移效应对不同焊点高度焊点性能的影响30-44
• 3.1 热迁移效应对不同焊点高度显微组织的影响30-35
• 3.1.1 界面成分分析30-31
• 3.1.2 界面显微组织形貌变化31-34
• 3.1.3 焊点高度为 0.8mm和 0.4mm的对比分析34-35
• 3.2 等温时效对不同焊点高度焊点显微组织的影响35-38
• 3.2.1 界面显微组织形貌变化35-37
• 3.2.2 焊点高度为 0.8mm和 0.4mm的对比分析37-38
• 3.3 热迁移效应对焊点力学性能的影响38-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 热迁移效应对Ni/Sn/Cu焊点扩散偶的影响44-61
• 4.1 热迁移效应对Ni/Sn/Cu焊点界面形貌演变的影响44-49
• 4.1.1 界面成分分析44-45
• 4.1.2 Ni为冷端Ni/Sn/Cu焊点界面显微组织形貌的变化45-47
• 4.1.3 Ni为热端Ni/Sn/Cu焊点界面显微组织形貌的变化47-49
• 4.2 Ni/Sn/Cu焊点界面理论分析49-52
• 4.2.1 界面IMC的EDS成分分析49-50
• 4.2.2 界面IMC生长分析50-52
• 4.3 热迁移效应对Ni/Sn/Cu焊点可靠性的影响52-60
• 4.3.1 Ni为冷端Ni/Sn/Cu焊点力学性能的变化52-55
• 4.3.2 Ni为热端Ni /Sn/Cu焊点力学性能的变化55-57
• 4.3.3 对比分析57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 热迁移效应对小间隙焊点性能的影响61-73
• 5.1 热迁移效应对小间隙焊点界面显微组织的影响61-64
• 5.1.1 热迁移效应对小间隙焊点界面显微组织的影响61-63
• 5.1.2 等温时效对小间隙焊点界面显微组织的影响63-64
• 5.1.3 对比分析64
• 5.2 热迁移效应对小间隙焊点力学性能的影响64-71
• 5.2.1 热迁移效应对小间隙焊点力学性能的影响64-67
• 5.2.2 等温时效对小间隙焊点力学性能的影响67-70
• 5.2.3 对比分析70-71
• 5.3 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 答辩委员会对论文的评定意见85

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