Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究

利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点在时效过程中的界面金属间化合物（IMC）形貌和成份。结果表明：150℃高温时效50、100、200、500h后,Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点界面IMC尺寸和厚度增加明显,IMC颗粒间的沟槽越来越小。50h时效后界面出现双层IMC结构,靠近焊料的上层为Cu6Sn5,邻近基板的下层为Cu3Sn。之后利用透射电镜观察了Sn37Pb/Ni和Sn3.8Ag0.7Cu/Ni样品焊点界面,结果显示,焊点界面清晰,IMC晶粒明显。     

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。     

时效对Sn3.0Cu0.15Ni/Cu界面组织的影响

研究了150℃时效0,200,500h对Sn3.0Cu0.15Ni/Cu界面组织结构的影响.结果表明:界面金属间化合物层由Cu6Sn5层和Cu3Sn层组成,质量分数为0.15％的Ni的加入会使IMC层最初变厚,但在时效过程中,热稳定性强的界面化合物(Cu,Ni)6Sn5的生成,会抑制Cu3Sn化合物层的生长;同时Ni的加入会降低Cu6Sn5颗粒的长大速度,并且随着时效时间的延长,Cu6Sn5颗粒的形貌呈多面体结构.     

电迁移对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点剪切强度的影响

通过热风回流焊制备了Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu对接互连焊点,测试了未通电及6.5 A直流电下通电36 h和48 h后焊点的剪切强度.结果表明,电迁移显著地降低了焊点的剪切强度,电迁移36 h使剪切抗力降低约30%,电迁移48 h降低约50%.SEM观察断口和界面形貌表明,界面金属间化合物增厚使断裂由韧性向脆性...     

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103 A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37 Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.     

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103 A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37 Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.     

Sn0.7Cu无铅焊点的电迁移失效模拟及优化分析

基于ANSYS有限元软件,综合考虑电子风力、温度梯度、应力梯度和原子密度梯度四种电迁移驱动机制,采用原子密度积分法(ADI)对倒装芯片球栅阵列封装(FCBGA)的Sn0.7Cu无铅焊点进行电迁移失效模拟。针对焊点直径、焊点高度、焊点下金属层(UBM)厚度三个关键参数进行电迁移失效的正交试验优化,探究焊点尺寸对电迁移失效的影响。研究表明:焊点直径和高度的增加会缩短焊点的电迁移失效寿命(TTF),而UBM层厚度对焊点失效寿命的影响相对较小;焊点局部拉应力对焊点的失效寿命影响较大,通常会加剧焊点的空洞失效。     

Sn-9Zn/Cu 焊点界面反应及其化合物生长行为

通过扫描电镜(SEM)等手段研究了Sn-9Zn/Cu在不同浸焊时间与时效时间等条件下的界面反应及其金属间化合物(IMC)生长行为。结果表明:在浸焊后,Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面形成了扇贝状的界面化合物Cu5Zn8,IMC层厚度随着浸焊时间与时效处理时间的增加而增加,未时效处理的焊点界面IMC与铜基板接触的一面较为平直,而与钎料接触的一侧呈现出锯齿状,随着时效时间的增加,界面变得越来越不平整;另外在IMC层与焊料之间产生裂缝现象,分析认为是由于钎料与IMC之间的热膨胀系数差异导致热应力形成裂缝。浸焊600 s后的试样在时效15 d后IMC层与Cu基板接触侧产生了与初始金属间化合物Cu5Zn8不同的三元化合物Cu6(Sn,Zn)5。     

Sn晶粒取向对微焊点元素迁移及界面反应的影响

随着先进电子封装技术的不断发展,电子产品在服役时无铅微焊点内的元素迁移问题引起了广泛关注。由于先进封装互连尺寸的逐步缩小,微焊点扩散的各向异性问题日益凸显,即Sn晶粒取向显著影响元素的迁移行为,进而影响微焊点的界面反应。综述了在热时效、热循环、电流加载与温度梯度等条件下,Sn晶粒取向对焊点中元素迁移及界面反应的影响。现有研究结果表明,在热时效及热循环条件下,Sn晶粒取向对微焊点元素迁移及界面反应的影响较小,而Sn晶粒取向对微焊点的电迁移和热迁移有着相似的影响规律,并由此产生了界面金属间化合物（IMC）的非对称及非均匀生长现象。此外,还综述了基于数值模拟方法开展的微焊点元素扩散各向异性的相关研究,并对不同条件下的研究进展进行了总结。     

基于FEA的Cu pad模型对焊点可靠性的影响分析

随着集成电路封装技术的发展,器件焊点可靠性成为国内外研究的重点,该文介绍了影响BGA焊点可靠性的常见因素,并以一块电路板为例,构建带有焊点亚结构——Cu pad和无Cu pad的两种电路板模型,仿真分析热循环条件下Cu pad对焊点可靠性的影响,为整板简化建模提供参考意见。     

空位对Cu/Sn焊点中Cu3Sn层元素扩散的影响

为了探究温度和空位浓度对Cu3 Sn层中各元素扩散行为的影响,基于分子动力学方法,使用LAMMPS软件模拟了Cu3 Sn层上空位浓度以及温度对各元素扩散系数的影响.结果表明,Cu3 Sn层各元素的扩散系数均随温度的升高而增大.与不含空位相比,当Cu3 Sn层中存在10％空位时,原子运动更加剧烈,扩散系数增大.进一步研究...     

SnAgCu无铅焊点原位电迁移IMC演变

在28℃.3.25A直流电下,对Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu对接无铅焊点进行原位电迁移实验,观察了通电120,168,384和504 h后焊点横截面的微观组织形貌.结果表明,电迁移初期,Cu<,6>Sn<,5>化合物遍布整个焊点截面,随时间延长,不断从阴极向阳极迁移聚集;当通电504 h后,焊点内已看不到金属间...     

Ni颗粒对SnBi焊点电迁移的抑制作用

为抑制芯片中微小焊点的电迁移,向共晶SnBi钎料中添加微米级Ni颗粒,并在φ0.5mm铜线接头上形成焊点。结果表明:当电流密度为104A/cm2、通电96h后,阳极附近没有出现富Bi层,即电迁移现象得到抑制。这是由于Ni颗粒与Sn形成了IMC,阻挡了Bi沿Sn基体扩散的快速通道,防止了两相分离,提高了焊点可靠性。     

电子封装无铅互连焊点的电迁移研究进展

随着电子封装逐渐向小型化和多功能化发展,互连焊点中的电迁移问题备受关注。本文针对电子封装无铅互连焊点中出现的电迁移问题,先探究了电迁移的影响因素,其中包括电流密度、温度、焊点的成分和微观结构。其次,阐述了电迁移对无铅焊点的力学性能、界面组织、振动疲劳性能和断裂机制的影响。然后针对电迁移问题,介绍了通过添加合金元素和控制电流密度两个方面来提高焊点的抗电迁移失效的能力。最后,简述了该领域的研究发展方向,为进一步研究电迁移对无铅互连焊点的可靠性提供了理论基础。     

电子封装中Cu/Cu_3Sn/Cu焊点的制备工艺及组织演变

采用电镀的方法在Cu基板沉积4μm厚Sn层作为钎料,在不同参数下对双钎料Cu/Sn+Sn/Cu三明治结构进行钎焊连接,得到可形成全Cu_3Sn焊点的最优工艺参数组合为:Ar气保护下300℃,3 h,1 N。然后研究了全Cu3Sn焊点形成过程中不同金属间化合物(Cu_6Sn_5和Cu_3Sn)的生长形貌和界面反应机理。结果表明,钎焊10 min后在Cu-Sn界面形成了扇贝状的Cu_6Sn_5,并且在Cu基板与Cu_6Sn_5之间有一层很薄的Cu_3Sn出现,Cu/Cu_3Sn和Cu3Sn/Cu_6Sn_5界面较为平整。随着时间延长,上下两层Cu6Sn5相互接触并融为一体,直至液态Sn完全被消耗,而Cu_3Sn通过消耗Cu_6Sn_5而快速增长,直到界面区全部形成Cu_3Sn。     

Sb掺杂对SnAgCu无铅焊点电迁移可靠性的影响

向Sn3.8Ag0.7Cu无铅焊膏中添加质量分数为1%的Sb金属粉末,研究了其焊点在电流密度为0.34×104A/cm2、环境温度150℃下的电迁移行为。通电245h后,阴极处钎料基体与Cu6Sn5IMC之间出现一条平均宽度为16.9μm的裂纹,阳极界面出现凸起带,钎料基体内部也产生了裂纹。结果表明:1%Sb的添加使焊点形成了SnSb脆性相,在高电流密度和高温环境下产生裂纹,缩短了焊点寿命,降低了电迁移可靠性。     

Pb/Sn凸点的制备

介绍了用电镀法制备Pb / Sn凸点的工艺,包括:凸点的设计,圆片的准备,溅射UBM(凸点下金属层),厚膜光刻,电镀Cu柱, Pb / Sn凸点,回流凸点等。结果表明:采用电镀法可以得到球形Pb / Sn凸点,50μm的厚胶工艺是可行的。     

SnAgCu焊点电迁移诱发IMC阴极异常堆积

为了研究电迁移过程中焊点与焊盘界面金属问化合物(IMC)的变化,在28℃下,对无铅Sn3.0Ag0.5Cu焊点进行了6.5A直流电下的电迁移实验.结果发现,通电144h后,阳极侧IMC层变厚,平均达到10.12 μm;阴极侧IMC层大部分区域变薄至0.86μm,局部出现Cu焊盘的溶解消失,但在界面边缘处出现Cu3Sn5...     

微量Ni对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料及焊点界面的影响

研究了Ni的含量对无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu润湿性、熔点、重熔及老化条件下界面化合物(IMC)的影响。结果表明:微量Ni的加入使SnAgCu润湿力增加6%;使合金熔点略升高约3℃;重熔时在界面形成了(Cu,Ni)6Sn5IMC层,且IMC厚度远高于SnAgCu/Cu的Cu6Sn5IMC厚度。在150℃老化过程中,SnAgCuNi/Cu重熔焊点IMC随着时间的增加,其增幅小于SnAgCu/Cu的增幅,此时Ni对IMC的增长有一定抑制作用。     

不同加载速率对SAC/Cu焊点剪切强度的影响

通过对Sn0.3Ag0.7Cu/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点进行剪切测试结果表明:两种钎料焊点的剪切强度与加载速率有着明显的相关性,即焊点的剪切强度都随着加载速率的增加而增加。当加载速率为0.01 mm/s时,断裂模式为韧脆混合断裂,随着加载速率的增加,两种钎料焊点断口的韧窝数量不断增加,呈现韧性断裂特征,断口以韧窝为主。另外在相同加载速率下,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点断口的韧窝数量和分布情况都优于Sn0.3Ag0.7Cu/Cu焊点,即其韧性断裂的趋势更加明显,剪切强度更大。