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...     

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。     

电迁移致无铅钎料微互连焊点的 脆性蠕变断裂行为

研究了电迁移条件下不同电流密度(0.8~1.27×10⁴A/cm²)和通电时间(0~96 h)对无铅钎料模拟微互连焊点的蠕变断裂行为的影响.研究结果发现,电迁移作用加速了焊点的蠕变断裂过程,随着电迁移通电时间的延长及电流密度的增加,其蠕变应变速率显著增大,而蠕变寿命逐渐缩短;电迁移还导致焊点蠕变断裂机制发生明显变化,在高电流密度或长时间通电的电迁移后,微互连焊点在服役条件下会发生由延性断裂向脆性断裂的转变.     

基板稀土微合金化对Sn3Ag0.5Cu/Cu钎焊界面反应的影响

研究了在Cu基板中加入质量分数1%的稀土元素Ce、Er后,与Sn3Ag0.5Cu(SAC305)无铅钎料进行钎焊并时效处理后的界面反应及其化合物(IMC)生长行为。结果表明:钎焊完成后,在SAC305/Cu钎焊界面只观察到Cu_6Sn_5,而SAC305/Cu-1Ce及SAC305/Cu-1Er界面还有Cu_3Sn形成;在时效处理过程中,纯Cu基板上的金属间化合物生长速率最快,Cu-1Ce基板次之,Cu-1Er基板最慢,且形成的IMC厚度也是依次递减;加入质量分数1%的Ce、Er元素对IMC生长均有抑制作用,且Er的抑制作用较Ce强。     

静磁场对Sn58Bi焊点凝固显微组织的影响

采用对比分析的方法,观察了Cu/Sn58Bi/Cu和Ni/Sn58Bi/Ni焊点在匀强磁场下的凝固显微组织变化,研究了静磁场对焊点凝固显微组织的影响。结果表明:静磁场条件下,焊点的三明治结构在凝固过程中使界面附近产生明显温度梯度,导致界面附近的显微组织层片间距增大;慢速冷却利于粗大规则的共晶组织形成;Ni基板焊点的界面金属间化合物形成不规则的锯齿状结构。     

镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能影响

运用莱卡显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段,研究了稀土元素La的添加量对Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊接后微观组织及性能的影响。结果表明:添加不同含量的稀土La均能使钎料及其与Cu基体焊接后组织与性能得到改善,其中以w(La)达到0.05%时为最优,显微硬度及剪切强度分别提高14%和10.7%。键参数函数计算结果表明La具有"亲Sn"倾向,可细化钎料组织,降低IMC(界面金属间化合物)的长大驱动力。     

Ag含量对Sn-Zn-Ag无铅钎料腐蚀性能的影响

在Sn-Zn共晶钎料中加入不同含量的Ag元素制成Sn-9Zn-xAg无铅钎料,利用失重法、扫描电镜的腐蚀形貌观察以及EDS成分分析,分析了Sn-9Zn-xAg无铅钎料在3%NaCl溶液浸泡腐蚀情况下的腐蚀行为,并与Sn-Pb以及Sn-Zn钎料进行比较.结果表明:随着Ag含量的增加,钎料合金的抗腐蚀性能有所提高.     

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。     

磁场对Sn-0.3Ag-0.7Cu焊点显微组织及性能影响研究

以Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)低银无铅钎料焊点为研究对象,在焊点凝固过程中施加2.3T匀强磁场,通过观察低银无铅焊点显微组织变化,揭示磁场对焊点凝固及固态扩散行为影响;利用Fe、Ni增强元素对比得出SAC0307在不同环境下的凝固和固态扩散行为。将焊点置于电流密度为3×10~3 A/cm~3的磁电耦合环境下,观察了磁电耦合条件下焊点的显微组织演变过程,并总结了磁场对焊点电迁移行为的影响。结果表明:静磁场条件下,焊点界面处IMC形态由扇贝状向针状转变;IMC倾向于向钎料内部快速生长;Fe、Ni的加入进一步促进IMC生长。     

Sn0.7Cu-xEr/Cu焊点界面反应及其化合物层生长行为研究

通过回流焊工艺制备了Sn0.7Cu-x Er/Cu(x=0,0.1,0.5)钎焊接头,研究钎焊温度及等温时效时间对接头的界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:Sn0.7Cu钎料中微量稀土Er元素的添加,能有效抑制钎焊及时效过程中界面IMC的形成与生长。在等温时效处理过程中,随着时效时间的延长,界面反应IMC层不断增厚,在相同时效处理条件下,Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的厚度略小于Sn0.7Cu0.1Er/Cu焊点界面的厚度。通过线性拟合方法,得到Sn0.7Cu0.1Er/Cu和Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的生长速率常数分别为3.03×10–17 m2/s和2.67×10–17 m2/s。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni/Cu微焊点剪切强度与断口的研究

用直径为200~500μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊球分别在Ni和Cu焊盘上制作焊点,并对焊后和时效200h后的焊点进行剪切测试,并采用SEM观察剪切断口形貌。结果表明,焊后和时效200 h后焊点接头的剪切强度都随焊球尺寸增大而减小。焊后断口处韧窝形状为抛物线型,断裂方式为韧性断裂;随着焊球尺寸的增大,剪切断口处的韧窝数量增多,韧窝的变小变浅。时效200 h后,韧窝变浅,趋于平坦,韧窝数量也明显减少,材料的韧性下降,脆性增加,断裂方式由韧性向脆性发生转变。     

Microstructures in solder joints between Sn95.5Ag4Cu0.5 solder and Ag/Pd thick film

A joint between Sn95.5Ag4Cu0.5 (mass%) solder and an Ag/Pd thick film was soldered by dipping at 260°C for 3–30 sec. Shrinkage voids and Sn grain growth were characterized as well as their transformation kinetics. Void shrinkage occurred in the zone near the top surface of the joint. Shrinkage was always accompanied by colonies of ternary/quaternary meta-eutectic that were the regions solidified last in the joint. The Sn grains accumulated into two bands across the joint during solidification: one was transverse through the thickness and the other was parallel to the solder pad.     

电迁移致SnAgCu微焊点强度退化及尺寸效应研究

在100℃温度下,对直径为300μm、高度为100,200和300μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料微焊点施加密度为1×104A/cm2的直流电流。通电48h后,利用DMA对电迁移作用后微焊点拉伸强度的变化进行了研究。结果表明,电迁移作用导致微焊点拉伸强度明显退化,且退化程度随微焊点高度的减小而减弱。其中,高度为300μm的微焊点的平均拉伸强度由初始态的44.4MPa降至27.8MPa,下降了37.4%。电迁移还导致微焊点的断裂由延性变为延性与脆性相结合的模式。     

热时效和焊点尺寸对SnAgCu微焊点强度的影响

针对高度为100～300μm的无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu微焊点,研究了等温热时效和焊点尺寸对其在100℃下拉伸强度的影响。结果表明,保持焊点直径不变时,高度为100,200和300μm微焊点未经热时效的平均拉伸强度分别为53.75,46.59和44.38MPa;热时效时间延长使微焊点内钎料合金显微组织明显粗化,导致焊点拉伸强度降低,前述三种高度的微焊点96h热时效后平均拉伸强度分别为44.13,38.38和33.48MPa,但96h热时效对IMC厚度无明显影响。     

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。     

添加Sb和LaB6对Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面IMC生长的影响

研究了Sb和稀土化合物的添加对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料焊接界面金属间化合物层生长的影响。研究结果表明,固态反应阶段界面化合物层的生长快慢排序如下:v(SAC0.4Sb0.1LaB6/Cu)v(SAC0.4Sb/Cu)v(SAC0.1LaB6/Cu)v(SAC/Cu)。计算各种界面IMC生长的激活能Q结果表明,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面IMC生长的激活能最高,为92.789 kJ,其他焊料合金Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb0.1LaB6/Cu,Sn3.0Ag0.5Cu0.1LaB6/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb/Cu界面IMC生长的激活能分别为85.14,84.91和75.57 kJ。在老化温度范围内(≤190℃),Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb0.1LaB6/Cu的扩散系数(D)最小,因而其界面化合物的生长速率最慢。     

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。