本文關(guān)鍵詞：基于溫度梯度誘發(fā)的微焊點(diǎn)顯微組織演變研究

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【摘要】：隨著電子產(chǎn)品向微型化、多功能化發(fā)展,互連焊點(diǎn)的特征尺寸越來(lái)越小,致使電流密度也越來(lái)越大,導(dǎo)致在互連微焊點(diǎn)中伴隨電遷移效應(yīng)而產(chǎn)生的熱遷移效應(yīng)成為影響微焊點(diǎn)可靠性的主要問(wèn)題之一。為單獨(dú)研究熱遷移效應(yīng)這一物理現(xiàn)象對(duì)微焊點(diǎn)可靠性的影響,本文設(shè)計(jì)了純熱遷移的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究了不同釬料合金、不同基板材料組合在溫度梯度作用下的微焊點(diǎn)顯微組織演變及力學(xué)性能變化。本文首先研究Cu/Sn/Cu與Cu/Sn0.7Cu/Cu焊點(diǎn),在溫度梯度G?1046℃/cm的作用下熱遷移250、500、750h后的界面顯微組織演變。研究結(jié)果表明熱遷移效應(yīng)使Cu原子向冷端遷移,在冷端產(chǎn)生界面IMC(主要是Cu6Sn5)的堆積,而在熱端產(chǎn)生界面IMC的溶解,并且Cu/Sn0.7Cu/Cu焊點(diǎn)的演變速率明顯快于Cu/Sn/Cu焊點(diǎn)。進(jìn)一步的研究揭示:對(duì)于Cu/Sn0.7Cu/Cu焊點(diǎn),無(wú)論是冷端還是熱端,界面Cu3Sn隨熱遷移時(shí)間的增加而增厚,但熱端界面Cu3Sn的生長(zhǎng)速率明顯快于冷端,而C u/Sn/C u焊點(diǎn)的界面C u3Sn厚度(冷端和熱端)則沒(méi)有明顯變化。等溫時(shí)效實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn),焊點(diǎn)中界面Kirkendall空洞更多在界面的Cu3Sn層中出現(xiàn),而熱遷移焊點(diǎn)中空洞出現(xiàn)在冷端界面Cu6Sn5層中。此外,顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果表明熱遷移效應(yīng)使焊點(diǎn)釬料合金的顯微硬度降低,并以相對(duì)恒定的速率從熱端到冷端逐漸增加,這是由于熱端的高溫導(dǎo)致晶粒粗化以及更高的空位濃度所致。同時(shí)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)表明Cu/Sn0.7C u/C u焊點(diǎn)的斷裂位置逐漸從焊點(diǎn)的釬料體中間向熱端界面處靠近,到熱遷移750h時(shí),斷裂幾乎發(fā)生在熱端界面C u3Sn附近。其次,研究了Ni/Sn/Cu焊點(diǎn)在不同溫度梯度方向作用的界面IMC顯微組織以及界面IMC成分變化,并與等溫時(shí)效后的焊點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn),焊后、熱遷移以及時(shí)效作用后Ni/Sn與Sn/Cu界面的IMC都是(Cu,Ni)6Sn5。當(dāng)Ni/Sn界面作為熱端時(shí),由于濃度梯度作用大于溫度梯度,使界面IMC厚度增加,但其中的Cu原子含量也逐漸減少,且其厚度低于時(shí)效態(tài);當(dāng)Ni/Sn界面作為冷端時(shí),界面IMC厚度雖然增加,但低于熱端態(tài)。當(dāng)Cu/Sn界面作為熱端時(shí),界面IMC逐漸增長(zhǎng)且Cu3Sn相也增厚,但低于時(shí)效態(tài),且N i原子含量逐漸降低;當(dāng)Cu/Sn界面作為冷端時(shí),界面IMC厚度增長(zhǎng)很快,并且明顯厚于時(shí)效態(tài),并且其N(xiāo)i含量隨熱遷移時(shí)間增加而持續(xù)增加。由此得出當(dāng)將Ni/Sn/Cu焊點(diǎn)的Cu基板作為熱端進(jìn)行熱遷移實(shí)驗(yàn)時(shí),可以明顯降低熱遷移效應(yīng)對(duì)界面IMC的影響。最后,還作為對(duì)比,我們還分析了Cu/Sn37Pb/Cu焊點(diǎn)在同樣熱遷移與等溫時(shí)效條件下的焊點(diǎn)顯微組織演變。研究結(jié)果表明,熱遷移與時(shí)效作用都能破壞焊后釬料中α-Pb相的樹(shù)枝狀特征,但熱遷移效應(yīng)導(dǎo)致Pb原子與Cu原子遷移到冷端,使白色α-Pb相在冷端界面附近聚集長(zhǎng)大,并且冷端界面IMC厚于熱端;在等溫時(shí)效作用下α-Pb相組織均勻細(xì)密的分布在β-Sn相中且逐漸聚集長(zhǎng)大,同時(shí)界面IMC逐漸增厚,界面Cu3Sn處的Kirkendall空洞數(shù)量也逐漸增多。由于時(shí)效作用下的界面IMC厚于冷端界面,說(shuō)明熱遷移效應(yīng)對(duì)無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)界面IMC的作用大于有鉛釬料。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG454

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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本文編號(hào)：1264497