尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

电子封装中的无铅Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu界面研究

针对钎料与焊盘间形成IMC层的厚度是影响可靠性的一个关键因素．对无铅钎料Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu盘进行了重熔,采用Olympus（光学金相显微镜）,SEM（扫描电镜）和EDX（能谱X射线）界面分析手段,研究了合金Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu焊盘接头的钎焊性和在焊接过程中IMC的形成与长大机理,探讨了IMC厚度与保温时间的变化规律．研究结果表明,无铅钎料合金Sn-3．8Ag-0．5Cu在钎焊务件下与Cu焊盘能够实现良好的连接,其连接层为Cu6Sn5金属间化合物,重熔时的IMC层生长基本上符合抛物线规律．     

微电子封装中焊点的电迁移现象分析与研究

综述了当前对微电子封装中焊点的电迁移现象及其影响因素的研究现状,分析了电流密度、温度和合金成分对电迁移失效过程的影响,以及电迁移对焊点力学性能、疲劳强度和焊点断裂机制的影响.研究发现,电迁移显著降低焊点的力学性能,对微焊点平均拉伸强度的影响存在尺寸效应,明显地降低了微焊点的振动疲劳寿命,且电迁移使微焊点的断裂机制由塑性断裂转向脆性断裂.     

Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu焊点界面IMC演变

为了研究低银无铅焊点界面金属间化合物(IMC)的形成与演变,以低银无铅焊点Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu为研究对象,研究了钎料中Cu质量分数对界面IMC厚度、形貌和成分的影响.实验结果表明,随着钎料中Cu质量分数的增加,回流焊后焊点IMC层厚度变薄,IMC晶粒尺寸增大,IMC晶粒形貌由颗粒状转变为棱柱状以及鹅卵石状,同时界面IMC成分发生由(Cu,Ni)6Sn5向Cu6Sn5的转变.高温时效后,界面IMC层厚度增长.当钎料中Cu质量分数超过1%时,时效后生成较厚的Cu3Sn化合物层,对焊点可靠性不利.钎料中Cu质量分数应控制在1%以下.     

金属间化合物对Sn-Ag-Cu无铅钎料钎焊接头性能的影响

采用扫描电镜、能谱分析、透射电镜、X射线衍射和电子衍射等分析手段,研究了Cu含量对Sn-Ag-Cu/Cu钎焊接头界面处生成的金属间化合物Cu6Sn5的生长形态对接头剪切强度的影响。结果表明:在Sn-Ag-Cu钎焊接头的界面处有扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物的生成,调整Cu含量,可改变Cu6Sn5的形状和避免大柱状的Cu6Sn5生成,提高接头剪切强度,钎焊接头的断裂主要是韧性断裂。时效试验结果表明:当时效温度为室温、时间为1000 h时,Cu含量高的Sn-Ag-Cu钎料所生成Cu6Sn5的形态变化为长的空心截面六边形柱体,由于Cu6Sn5所形成的空心孔洞导致Sn-Ag-Cu/Cu界面成为强度弱区,从而使接头的剪切强度有所下降。     

波峰焊无铅钎料的抗氧化研究进展

电子封装波峰焊从有铅到无铅的转换过程中,由于无铅钎料中锡含量比传统Sn-37Pb钎料高,导致波峰焊过程中氧化渣的产生量很大,不仅造成浪费,还影响焊接质量。控制氧化是当前无铅波峰焊技术必须要解决的一个重要问题。论文概述了国内外波峰焊无铅钎料抗氧化的发展现状及所取得的研究成果,并展望了前景。     

新型Au—Ag—Ge钎料的性能及焊接界面特征

根据Au-Ag-Ge三元相图，制备2种新型钎料合金Au-19.25Ag-12.80Ge和Au-21．06Ag-13．09Ge（质量分数，％）。利用差热分析仪和Sirion200场发射扫描电镜对钎料的熔化特性及显微组织进行分析，并对其与纯Ni的润湿性加以研究。研究结果表明：Au-19．25Ag-12．80Ge合金的性能较好，其熔化温度范围为446．76-494．40℃，结晶温度区间为47．64℃：焊接温度在510～550℃范围内时，Au-19.25Ag-12.80Ge钎料合金与Ni基体具有良好的铺展性和润湿性，焊接时钎料合金与Ni基体之间形成了一条连续的金属间化合物层，能谱分析表明该金属间化合物层为Ge3Ni5，由于该化合物较脆，过厚的金属间化合物层使焊接接头的剪切强度下降，故应适当控制焊接工艺以获得理想的焊接界面组织。     

Sn-4Cu过共晶无铅钎料的液态性能

在大气气氛下,采用撇取表面膜、润湿平衡和铺展性试验的方法,研究了Sn-4Cu液态钎料的抗氧化性、润湿性和漫流性等工艺性能。研究结果表明:在恒温条件下,液态钎料表面氧化产渣量随撇渣频率的加快而增加,其氧化渣的生成随时间的变化服从抛物线规律;在变温条件下,升高温度可以明显加快氧化,但能显著改善钎料对母材的润湿性和铺展性;在350℃条件下,采用DMA-1钎剂,钎料在铜表面的润湿时间t0=0.29 s,润湿力F max=3.81 mN,扩展率可达80%。     

多元无铅软钎料的计算机优化设计

利用二次回归正交设计法得到27组试验钎料配方，分别测定了它们的液相线温度和润湿性；选取液相线温度和润湿性的试验数据作为参数，依据回归设计理论，通过计算机辅助设计，建立了钎料的液相线温度、润湿性与Bi、Sb、Ag、Cu、Re之间关系的二次回归方程；根据最优化原理，通过建立数学模型计算机优化运算，得到了Sn-Bi-Sb-Ag-Cu-Re系优化钎料.试验结果表明，Sn-Bi-Sb-Ag-Cu-Re系优化钎料的熔化温度和润湿性均比较好.     

电迁徙参数的电流斜坡动态测试

采用电流斜坡法测试了4种不同金属化样品,其n值分别为:2.29(Al-Si合金膜),1.25(Al-Si-Cu合金膜),1.28(Al-Si/Ti双层金属化),1.23(Al/TiWTi/Al多层金属化).结果表明,n值与材料有关,电迁徙阻力越高n值越小,与BLACK方程相符。同时,考察了不同温度和不同电流上升斜率对n值测量结果的影响,试验表明,在相当宽的温度范围和测试时间内获得的n值一致性很好。     

集成电路互连线电迁移建模综述

简要介绍了集成电路互连线建模发展的历史。回顾了曾广泛使用的一维电迁移引起的回流模型。基于原子通量散度的概念,电迁移建模可以分为两种方法。一种是常用的扩散路径法,该方法能够解释传统的铝片上金属互连的许多重要电迁移现象。然而,随着芯片尺寸越来越小,工业界为了追求更好的性能,转向了使用铜/低k组合作为互连材料,同时引进了三维集成电路技术。顺应这种趋势,第二种驱动力电迁移建模方法发展了起来,该方法有助于人们理解窄互连工艺中的许多现象。有限元模拟也越来越多地用于驱动力分析法。     

Electromigration in eutectic SnAg solder reaction couples with various ambient temperatures and current densities

The electromigration behavior of eutectic SnAg solder reaction couples was studied at various temperature (25 and 120℃)when the current density was held constant at 10~4 A/cm~2 or 5×10~3 A/cm~2. Under the current density of 10~4 A/cm~2, scallop type Cu_6Sn_5 spalls and migrates towards the direction of electron flow at room ambient temperature (25℃), but transforms to layer type Cu_3Sn and leaves Kirkendall voids in it at high ambient temperature (120℃). Under the current density of 5×10~3 A/cm~2 plus room ambient temperature,no obvious directional migration of metal atoms/ions is found. Instead, the thermal stress induced by mismatch of dissimilar materials causes the formation of superficial valley at both interfaces. However, when the ambient temperature increases to 120℃, the mobility of metal atoms/ions is enhanced, and then the grains rotate due to the anisotropic property of metal atoms/ions is enhanced, and then the grains due to the anisotropic property of β-Sn.     

不同Cu/Sn比与IMC-Cu复合微焊点形成速度的相关性

为了研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC-Cu界面生长行为的影响,采用瞬态液相连接技术与热压焊相结合的方法,以泡沫铜、纯Sn和Cu基板为原料,制备IMC-Cu复合微焊点研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC生长行为影响.结果表明:Cu/Sn比对复合焊点中IMC生长行为影响显著.随着焊点中Sn含量的减少,IMC的生长速...     

关于扩散迁移与电致迁移共同作用时的扩散机制及微分方程

讨论了扩散迁移与电致迁移共同作用时的扩散机制 ,导出了可描述这一过程的微分方程     

微电子封装中焊锡接点的界面应力奇异性

采用界面力学理论计算了不同形状的含铅/无铅焊锡接点界面应力奇异性指数,建立了焊锡接点的有限元模型,计算了线弹性、弹塑性和Johnson-cook材料模型的界面应力分布.结果表明:随着焊锡接点接触角的增加,界面应力奇异性增强;Sn37Pb/Cu界面比Sn3.5Ag/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面的应力奇异性明显;弹塑性变形和应变率效应降低界面应力.     

高温高电流密度下BGA焊点电迁移损伤

为了研究球栅陈列封装(ball grid array, BGA)焊点在高温、高电流密度条件下的电迁移损伤演化行为,基于COMSOL Multiphysics 5.5软件提出一种损伤记录方法来模拟电-热-力多物理场耦合的工况,分析电迁移空洞产生和扩展的过程.综合考虑了电子风力、温度梯度、应力梯度和原子浓度梯度4种原子扩散动力对原子迁移的作用.结果表明:电迁移过程中电子风力和原子浓度梯度对电迁移空洞的形成起着主要作用,随着损伤的积累,电流堆积因子不断提高,孔洞周围电子风力作用更加明显,相反,原子浓度梯度通量起到了抑制原子过度迁移的作用.环境温度会影响焊点原子扩散系数,较高的温度下原子扩散系数较大,当环境温度处于高低温循环条件时,应力梯度通量和电子风力通量成为原子迁移主要动力.     

SnAgCu-nano Al钎料Anand本构关系及焊点可靠性

研究了含纳米0.1 wt.%Al颗粒SnAgCu无铅钎料Anand本构关系,将本构关系应用于有限元模拟,分析FCBGA器件SnAgCu-nano Al焊点的应力-应变响应。结果表明,在不同的温度和应变速率的条件下,可以采用非线性数据拟合方法得到SnAgCu-nano Al钎料的Anand本构方程的9个参数值。结合Anand本构模型,采用有限元法计算焊点应力-应变,发现FCBGA器件SnAgCu-nano Al焊点应力-应变分布和焊点阵列有明显的关系,最大的应力-应变集中于拐角焊点;SnAgCu-nano Al焊点的应力-应变值明显低于SnAgCu焊点,证明纳米Al可以提高SnAgCu焊点的可靠性。