基于温度梯度诱发的微焊点显微组织演变研究

发布时间：2017-12-08 01:16

  本文关键词：基于温度梯度诱发的微焊点显微组织演变研究

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【摘要】：随着电子产品向微型化、多功能化发展,互连焊点的特征尺寸越来越小,致使电流密度也越来越大,导致在互连微焊点中伴随电迁移效应而产生的热迁移效应成为影响微焊点可靠性的主要问题之一。为单独研究热迁移效应这一物理现象对微焊点可靠性的影响,本文设计了纯热迁移的实验平台,研究了不同钎料合金、不同基板材料组合在温度梯度作用下的微焊点显微组织演变及力学性能变化。本文首先研究Cu/Sn/Cu与Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点,在温度梯度G?1046℃/cm的作用下热迁移250、500、750h后的界面显微组织演变。研究结果表明热迁移效应使Cu原子向冷端迁移,在冷端产生界面IMC(主要是Cu6Sn5)的堆积,而在热端产生界面IMC的溶解,并且Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点的演变速率明显快于Cu/Sn/Cu焊点。进一步的研究揭示:对于Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点,无论是冷端还是热端,界面Cu3Sn随热迁移时间的增加而增厚,但热端界面Cu3Sn的生长速率明显快于冷端,而C u/Sn/C u焊点的界面C u3Sn厚度(冷端和热端)则没有明显变化。等温时效实验对比发现,焊点中界面Kirkendall空洞更多在界面的Cu3Sn层中出现,而热迁移焊点中空洞出现在冷端界面Cu6Sn5层中。此外,显微硬度试验结果表明热迁移效应使焊点钎料合金的显微硬度降低,并以相对恒定的速率从热端到冷端逐渐增加,这是由于热端的高温导致晶粒粗化以及更高的空位浓度所致。同时剪切强度试验表明Cu/Sn0.7C u/C u焊点的断裂位置逐渐从焊点的钎料体中间向热端界面处靠近,到热迁移750h时,断裂几乎发生在热端界面C u3Sn附近。其次,研究了Ni/Sn/Cu焊点在不同温度梯度方向作用的界面IMC显微组织以及界面IMC成分变化,并与等温时效后的焊点进行了对比。研究发现,焊后、热迁移以及时效作用后Ni/Sn与Sn/Cu界面的IMC都是(Cu,Ni)6Sn5。当Ni/Sn界面作为热端时,由于浓度梯度作用大于温度梯度,使界面IMC厚度增加,但其中的Cu原子含量也逐渐减少,且其厚度低于时效态;当Ni/Sn界面作为冷端时,界面IMC厚度虽然增加,但低于热端态。当Cu/Sn界面作为热端时,界面IMC逐渐增长且Cu3Sn相也增厚,但低于时效态,且N i原子含量逐渐降低;当Cu/Sn界面作为冷端时,界面IMC厚度增长很快,并且明显厚于时效态,并且其Ni含量随热迁移时间增加而持续增加。由此得出当将Ni/Sn/Cu焊点的Cu基板作为热端进行热迁移实验时,可以明显降低热迁移效应对界面IMC的影响。最后,还作为对比,我们还分析了Cu/Sn37Pb/Cu焊点在同样热迁移与等温时效条件下的焊点显微组织演变。研究结果表明,热迁移与时效作用都能破坏焊后钎料中α-Pb相的树枝状特征,但热迁移效应导致Pb原子与Cu原子迁移到冷端,使白色α-Pb相在冷端界面附近聚集长大,并且冷端界面IMC厚于热端;在等温时效作用下α-Pb相组织均匀细密的分布在β-Sn相中且逐渐聚集长大,同时界面IMC逐渐增厚,界面Cu3Sn处的Kirkendall空洞数量也逐渐增多。由于时效作用下的界面IMC厚于冷端界面,说明热迁移效应对无铅钎料焊点界面IMC的作用大于有铅钎料。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1264497