本文關(guān)鍵詞：基于溫度梯度誘發(fā)的微焊點顯微組織演變研究

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【摘要】：隨著電子產(chǎn)品向微型化、多功能化發(fā)展,互連焊點的特征尺寸越來越小,致使電流密度也越來越大,導(dǎo)致在互連微焊點中伴隨電遷移效應(yīng)而產(chǎn)生的熱遷移效應(yīng)成為影響微焊點可靠性的主要問題之一。為單獨研究熱遷移效應(yīng)這一物理現(xiàn)象對微焊點可靠性的影響,本文設(shè)計了純熱遷移的實驗平臺,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,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焊點的演變速率明顯快于Cu/Sn/Cu焊點。進一步的研究揭示:對于Cu/Sn0.7Cu/Cu焊點,無論是冷端還是熱端,界面Cu3Sn隨熱遷移時間的增加而增厚,但熱端界面Cu3Sn的生長速率明顯快于冷端,而C u/Sn/C u焊點的界面C u3Sn厚度(冷端和熱端)則沒有明顯變化。等溫時效實驗對比發(fā)現(xiàn),焊點中界面Kirkendall空洞更多在界面的Cu3Sn層中出現(xiàn),而熱遷移焊點中空洞出現(xiàn)在冷端界面Cu6Sn5層中。此外,顯微硬度試驗結(jié)果表明熱遷移效應(yīng)使焊點釬料合金的顯微硬度降低,并以相對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。同時剪切強度試驗表明Cu/Sn0.7C u/C u焊點的斷裂位置逐漸從焊點的釬料體中間向熱端界面處靠近,到熱遷移750h時,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,并與等溫時效后的焊點進行了對比。研究發(fā)現(xiàn),焊后、熱遷移以及時效作用后Ni/Sn與Sn/Cu界面的IMC都是(Cu,Ni)6Sn5。當Ni/Sn界面作為熱端時,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,且其厚度低于時效態(tài);當Ni/Sn界面作為冷端時,界面IMC厚度雖然增加,但低于熱端態(tài)。當Cu/Sn界面作為熱端時,界面IMC逐漸增長且Cu3Sn相也增厚,但低于時效態(tài),且N i原子含量逐漸降低;當Cu/Sn界面作為冷端時,界面IMC厚度增長很快,并且明顯厚于時效態(tài),并且其Ni含量隨熱遷移時間增加而持續(xù)增加。由此得出當將Ni/Sn/Cu焊點的Cu基板作為熱端進行熱遷移實驗時,可以明顯降低熱遷移效應(yīng)對界面IMC的影響。最后,還作為對比,我們還分析了Cu/Sn37Pb/Cu焊點在同樣熱遷移與等溫時效條件下的焊點顯微組織演變。研究結(jié)果表明,熱遷移與時效作用都能破壞焊后釬料中α-Pb相的樹枝狀特征,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大,并且冷端界面IMC厚于熱端;在等溫時效作用下α-Pb相組織均勻細密的分布在β-Sn相中且逐漸聚集長大,同時界面IMC逐漸增厚,界面Cu3Sn處的Kirkendall空洞數(shù)量也逐漸增多。由于時效作用下的界面IMC厚于冷端界面,說明熱遷移效應(yīng)對無鉛釬料焊點界面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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG454

【參考文獻】

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本文編號：1264497