微观组织和晶粒取向对无铅钎料焊点可靠性的影响

发布时间：2017-10-22 19:22

  本文关键词：微观组织和晶粒取向对无铅钎料焊点可靠性的影响

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【摘要】：芯片封装中的焊点不仅起着保护芯片的作用,而且还起着使芯片和外部电路形成电气连接的作用。随着集成电路技术的发展,芯片的封装形式也在不断的改进,倒装芯片互连技术已经成为芯片封装的一种主要方式。随着电子元器件的小型化和高密度化,焊点所承受的电流密度越来越大,当电流密度达到一定的数值,焊点内部将出现电迁移。电迁移会导致化合物迁移和裂纹的生成,这些都会影响焊点的寿命。由于电流密度过大,会在焊点内部产生较高的焦耳热使焊点温度升高,随着时间的延长,高温会导致焊点界面化合物变厚,同时也会使Ag3Sn粗化,从而使焊点的脆性变大。本文首先设计了倒装芯片结构,采用300μm的SAC305焊球进行互连。同时本文搭建了回流焊实验平台和电迁移实验平台,为倒装芯片互连结构的焊接和电迁移方面的研究提供了设备保证。对芯片互连结构通大电流使焊点熔化,然后将电流调小,使焊点在通直流电的情况下重新凝固,研究了电流对焊点的凝固过程的影响。对单晶焊点进行电迁移实验,发现单晶焊点的化合物迁移主要受Sn晶粒取向控制,Cu原子和Ni原子沿着Sn晶粒的c轴的扩散速率远远大于a轴和b轴。随着通电时间的增加,焊点的晶粒会发生转动现象,这是由空位浓度差产生的扭矩导致的。对倒装焊点进行老化实验,焊点在老化过程中,界面化合物(Cu,Ni)6Sn5会变厚,随着时间的延长,焊点内部的Ag3Sn颗粒会粗化,并且在晶界处形成网状组织。对老化后的试样进行电迁移实验,相比原始试样的电迁移现象,老化后焊点的化合物迁移变得更少。这是因为在老化过程中,焊点Ag3Sn颗粒和内部组织粗化,并且在晶界处形成网状组织,从而阻碍了原子的迁移路径。另外,本文还对电迁移后的焊点进行维氏硬度测量,化合物在阳极处累积,导致阳极界面的硬度变大,从而使该区域塑性下降,在高低温或者外力作用下,容易在该区域产生裂纹,从而使焊点失效。
【关键词】：倒装互连 晶粒取向 微观组织 电迁移
【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】：TN405;TG454
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外的研究现状9-22
• 1.2.1 电迁移原理9-11
• 1.2.2 电迁移对焊点可靠性的影响11-15
• 1.2.3 热循环对焊点可靠性的影响15-18
• 1.2.4 等温时效对焊点可靠性的影响18-22
• 1.3 本文的主要研究内容22-23
• 第2章 实验材料及实验方法23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料23-24
• 2.3 搭建实验平台24-25
• 2.4 实验方法25-28
• 2.4.1 试样制备25-26
• 2.4.2 焊点重熔实验26-27
• 2.4.3 老化实验27
• 2.4.4 电迁移实验27-28
• 2.5 焊点的表征方法28-29
• 2.5.1 SEM和EBSD表征28
• 2.5.2 维氏硬度测量28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 重熔试样及电迁移现象分析30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 重熔试样分析30-35
• 3.2.1 焦耳热效应34
• 3.2.2 电迁移效应34-35
• 3.2.3 过冷度的影响35
• 3.3 重熔试样电迁移实验35-46
• 3.3.1 相同通电时间下的电迁移效应35-38
• 3.3.2 不同通电时间下的电迁移效应38-44
• 3.3.3 晶粒转动44-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 老化试样的电迁移现象分析48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 老化焊点组织分析48-53
• 4.2.1 回流焊后焊点的形貌48-49
• 4.2.2 老化对焊点微观组织的影响49-53
• 4.3 老化后焊点电迁移实验53-60
• 4.3.1 老化试样和电迁移试样对比53-55
• 4.3.2 老化后电迁移试样分析55-57
• 4.3.3 不同老化时间的焊点电迁移行为57-60
• 4.4 老化后电迁移试样硬度分析60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71

【参考文献】

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1 徐雁允,顾根大,安阁英,李庆春;电场对Al-Cu共晶片间距的影响[J];铸造;1991年03期

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本文编号：1079745