水溶液-有机溶液双相体系电迁移分离锂同位素

锂同位素的分离对于核工业的发展具有至关重要的意义。本文基于“水溶液|有机溶液|水溶液”电迁移体系,通过在有机溶液中引入阴离子,系统考察了电场强度、冠醚、时间等因素对锂同位素分离效应的影响。研究发现,电场的引入提高了有机溶液中锂离子的迁出能力,并且,随着电场强度的增强,阳极液和有机溶液逐渐倾向于富集锂-7,而阴极液逐渐倾向于富集锂-6。冠醚的引入显著增强了体系各段料液的锂同位素富集效应,在10 V及更高强度电场下,阳极液和有机溶液倾向于富集锂-7,阴极液倾向于富集锂-6。经分析,电迁移作用、螯合作用和扩散作用在体系电迁移分离锂同位素过程中存在协同效应,有机溶液中锂离子与冠醚络合、未与冠醚络合的两种化学形态存在对高压(≥10 V)电场不同的响应方式,这些因素都决定了体系各段料液的锂同位素富集效应。

电迁移诱导W纳米晶表面原子尺度结构演变

体心立方(body⁃centered cubic,BCC)金属W作为微型化器件中重要的互连材料,其电迁移行为对小尺寸集成电路的稳定性至关重要。本文利用原位透射电子显微(transmission electron microscopy,TEM)技术,在原子尺度下研究了电迁移诱导BCC金属W表面结构动态演变过程。结果表明,自由表面是主要电迁移路径;而{110}面和<111>方向分别是优选的迁移面迁移方向;电迁移过程中W表面形成特定的原子台阶或锯齿状结构。对于非低能晶面{002},在电流作用下仍能发生定向迁移,形成新的台阶结构。研究结果揭示了电迁移过程中表面结构的演化规律,为优化BCC金属材料的微观结构设计、提高其在高电流密度环境下的结构性能稳定性提供借鉴。

Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移特性研究

针对微焊点服役下的电迁移可靠性检测,设计制造了满足焊点在理想电迁移环境下的试验装置。结果表明:通过热分解法制备Ni-GNSs增强相,得到的Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头能有效抑制电迁移现象的发生。在电加载条件下,随电流密度升高,Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu接头阳极区界面金属间化合物(IMC)由起伏扇贝状转变为平坦厚大的板状,并出现了明显Cu 3Sn;阴极区界面IMC由锯齿状转变为薄条状,且有明显空洞裂纹。钎焊接头断裂位置从阴极界面IMC/钎缝的过渡区向阴极界面IMC迁移,断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变,剪切强度明显下降。

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头的电迁移组织与性能

研究了电流密度与温度对Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移界面组织与力学性能的影响。结果表明:当钎焊接头电流密度达7×10^(3)A/cm^(2)、温度为100℃以上,阳极侧界面金属间化合物(IMC)以Cu_(6)Sn_(5)相为主、厚度逐渐增大并形成Cu_(3)Sn相,阴极侧界面的IMC Cu_(6)Sn_(5)逐渐溶解,且Cu_(3)Sn相伴随空洞形成;电流密度升高,促进了阴阳极区电迁移非对称生长;温度升高,促进了阳极区IMC生长,一定程度抑制了阴极区IMC的溶解;随电流密度与温度的增大,断裂位置由钎缝区向界面IMC方向移动,断口由呈韧窝为主的韧性断裂向解理刻面为主的韧脆混合断裂转变。通过热分解法制备的Ni-rGO增强相可有效提高钎焊接头的使役寿命。

eFuse器件的电迁移三维有限元仿真

应用有限元分析软件建立了电可编程熔丝(eFuse)器件的三维有限元模型,通过离子流通量散度法和最小原子浓度法对eFuse器件的电迁移熔断过程进行了多物理场耦合有限元仿真,仿真结果能够较好地拟合器件的实际熔断效果。通过仿真对比了不同阴极面积和不同编程电压条件下的电迁移过程及熔断效果。结果表明,更大的阴极面积能够提高熔丝局部的温度梯度,从而提高熔断效率;更高的编程电压能够提供更高的电流密度和温度,从而加速电迁移的发生并增大了eFuse熔断区的面积。提出了一种具有外部辅助加热功能的eFuse器件结构,并在不同条件下进行了电迁移熔断仿真,结果表明该结构能够显著提高eFuse器件局部的离子流通量散度,从而提高eFuse存储单元的熔断效率和编程良率。

电迁移现象对PCBA焊点质量的影响研究

通过有限元仿真软件AnsysWorkbench分析印制电路板组件(PCBA)表面球栅阵列封装(BGA)器件焊点在电迁移条件下温度场、电场、应力场的分布情况并提取相关参数,确定在电迁移条件下危险焊点的位置。利用理论公共法,计算危险焊点的电迁移散度、迁移力等关键参数。采用生死单元法模拟空洞的动态形成过程,对BGA器件危险焊点的电迁移寿命进行计算,对照仿真结果开展寿命试验,验证了仿真寿命的有效性。

菊花链Cu/Cu_(3) Sn/Cu互连凸点电迁移仿真研究

多物理场耦合作用下产生的电迁移现象成为影响键合结构可靠性的关键问题。建立了菊花链键合封装结构的三维有限元模型,研究了电-热-力交互作用下键合结构的温度分布、电流密度分布及应力分布。发现在连接线与凸点相连的位置容易发生电流聚集效应,从而导致此处出现温度升高及热应力增大的现象。此外,仿真分析了2~12 mV输入电压和20~100μm凸点间距对键合结构的电迁移失效的影响。发现对于20μm间距的凸点,输入电压超过8 mV时会发生电迁移失效。对于间距超过40μm的凸点,输入电压超过4 mV时会发生电迁移失效。结果表明,20μm间距的凸点电迁移可靠性高,为凸点结构设计及电迁移的实验研究提供了参考。

菊花链互连电迁移多物理场模拟仿真

菊花链结构键合凸点在三维封装领域具有广泛应用前景,其电迁移失效现象成为电子封装领域重点关注的问题。建立了球形及方形凸点互连模型,在电-热耦合场作用下,观察互连结构的电流密度分布及温度分布。发现在铝布线进出凸点的位置容易发生电流聚集现象,此处方形凸点电流密度较球形凸点低;方形凸点温度变化幅度较球形凸点低。此外,仿真分析了1mA~3mA输入电流及不同凸点尺寸对电迁移失效的影响。发现相同条件下,大尺寸方形凸点的电迁移可靠性高,为凸点结构设计提供了依据。

基于电迁移特性的呼吸性粉尘荷电分离方法

尘肺病是我国病例数量最多的职业病,且每年以1万例的速度继续新发增长,给社会造成巨大的经济损失和不良影响,其罪魁祸首是呼吸性粉尘。将呼吸性粉尘从总尘中分离是呼吸性粉尘监测和尘肺病预警的重要前提。为了克服惯性冲击式、淘析式和旋风分离式等传统分离方法存在的频繁维护、二次扬尘等问题,采用理论研究与试验分析相结合的方法,厘清粉尘电迁移率与粉尘粒径的数学关系,建立粉尘荷电分离试验系统,并基于粉尘颗粒的电迁移特性提出一种呼吸性粉尘的荷电分离方法。根据我国煤炭行业标准MT 394-1995《呼吸性粉尘测量仪采样效能测定方法》,试验验证呼吸性粉尘荷电分离方法的分离效能。结果表明:该分离方法无需频繁维护,不会产生二次扬尘;呼吸性粉尘的分离效能与英国医学研究委员会提出的肺部沉积率曲线结果的最大偏差为4.24%,最小偏差为1.27%,均满足行业标准要求。

用区熔、电迁移和区熔-电迁移联合法提纯金属钕的研究

对工业纯电解钕分别进行了区熔提纯、固态电迁移提纯和区熔－电迁移联合法提纯的实验研究．结果表明：这三种提纯方法在分离金属钕中的Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｏ等杂质方面各有特色，而区熔－电迁移联合法对金属钕中的主要有害元素Ｃ、Ｓｉ、Ｍｏ的提纯则更为有效、快速．

无铅焊料的研究(4)——电迁移效应

电迁移是金属原子沿着电流方向的移动。阐述了无铅焊料中电迁移的物理特性,由于焊点的特殊几何形状,电流拥挤效应将发生在焊点与导线的接点处;电迁移效应导致无铅焊料中金属间化合物(IMC)的生成与溶解,以及焊点下的金属化层(UBM)的溶解和消耗,使原子发生迁移并会产生孔洞,造成焊点破坏,缩短了焊点平均失效时间(MTTF),从而带来可靠性问题。

SnAgCu无铅焊点的电迁移行为研究

电迁移引发的焊点失效已经成为当今高集成度电子封装中的最严重的可靠性问题之一。应用SnAgCu无铅焊膏焊接微米级铜线,进行电迁移实验。结果表明:焊点形貌从原来的光滑平整变得凹凸不平,阴极处出现了裂纹和孔洞,并且在铜基板和Cu6Sn5金属间化合物(IMC)之间出现薄薄的一层Cu3Sn金属间化合物,由ImageJ软件测量其平均厚度约为2.11μm;而在阳极附近没有明显的Cu3Sn金属间化合物形成。

集成电路互连引线电迁移的研究进展

随着大规模集成电路的不断发展,电迁移引起的集成电路可靠性问题日益凸现。本文介绍了电迁移的基本理论,综述了集成电路互连引线电迁移的研究进展。研究表明,互连引线的尺寸、形状和微观组织结构对电迁移有重要影响;温度、电流密度、应力梯度、合金元素及工作电流模式等也对电迁移寿命有重要影响。同时指出了电迁移研究亟待解决的问题。

电迁移作用下SnPb与Ni(P)界面金属间化合物的极性生长

采用球栅阵列封装(BGA)焊点研究共晶SnPb焊点中的电迁移行为,分析了电迁移作用下SnPb焊点与Ni(P)镀层界面金属间化合物(IMC)的极性生长现象,从原子迁移的角度提出了互连焊点微结构演化的微观机理.焊点在焊接过程中形成厚度约为2μm的Ni_3Sn_4 IMC层,随后的120℃热处理并不会导致界面IMC的明显生长.而电迁移作用下,阳极焊点与镀层界面IMC出现异常生长,同时阴极焊点与镀层界面IMC生长受到抑制,最终在同一焊点中形成极性生长的现象.界面IMC的极性生长与电迁移引起的原子通量有关,Sn原子通量方向与电子流方向相同,而Ni原子通量方向相反,导致阳极界面IMC的异常生长,而相同的原子迁移特性导致阴极界面IMC的生长受到抑制.

Ni/Au镀层与SnPb焊点界面电迁移的极性效应

采用Ni(P)/Au镀层-SnPb焊点-Ni(P)/Au镀层的互连结构,研究电迁移作用下焊点/镀层界面金属间化合物(IMC)的极性生长特性,从电位差和化学位梯度条件下原子定向扩散的角度分析互连结构的微结构变化的微观机制。在无外加应力条件下,由于液态反应速率远远快于固态反应速率,Ni(P)/Au镀层与焊点界面IMC经过120℃、100h的热处理后无明显变化。但是,在电迁移作用下,由于Sn沿电子流方向的定向扩散使阳极界面IMC异常生长,而阴极界面IMC厚度基本不变。由于电子由上层Cu布线进入焊点的电子注入口位于三相结合界面位置,在焦耳热的作用下会导致焊料的局部熔融,引起Cu布线与焊料的反应,使电子注入口的Cu布线合金化。

金属互连结构的电迁移失效分析新算法

综合考虑了电子风、温度梯度、应力梯度和原子密度梯度四种电迁移驱动机制,基于ANSYS软件平台和FORTRAN程序提出一种新的电迁移失效分析算法.通过ANSYS电-热-结构耦合分析获得模型的电流密度分布、温度分布和应力分布,基于FORTRAN编写的原子密度重分布算法获得不同时刻的原子密度,依据空洞生成和扩展失效准则进行电迁移动态空洞演化模拟并得到失效寿命.最后,SWEAT结构与CSP结构的应用算例验证了算法的精度.

电迁移诱发镀层锡须生长行为分析

分析了0.3×10~4A/cm^2恒定电流密度和四种不同加载时间(0,48,144和240 h)电迁移条件对6.5μm厚镀锡层表面锡须生长行为的影响,以及不同电流密度对阴极裂纹宽度的影响.结果表明,电迁移加速了镀层表面锡须的形成与生长,随着电迁移时间的延长,锡须长度不断增加.此外,电迁移导致在阴极首先出现了圆形空洞,随后在两极均形成了圆形空洞,并且在阴极处还发现有微裂纹存在,随着电流密度增加,阴极裂纹宽度也随之增加,电流密度为0.5×10~4A/cm^2时,平均最大裂纹宽度约为9.2μm.

SnAgCu凸点互连的电迁移

研究了无铅Sn96Ag3.5Cu0.5凸点与镀Ni焊盘互连界面的电迁移现象.在180℃条件下,凸点及互连界面在电迁移过程中出现了金属间化合物沿电子流运动方向的迁移,其演化过程呈现出显著的极性效应:阴极互连界面发生了金属间化合物的熟化、剥落和迁移;阳极互连界面则出现了金属间化合物的大量聚集.金属间化合物的演化和迁移造成了阴极处的物质减少,从而诱发空洞的形成和聚集,导致互连面积减小,整体电阻增大,可靠性降低.

电迁移极性效应及其对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊点拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和微拉伸实验,研究Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu对接焊点在不同电迁移时间下阳极、阴极界面金属间化合物(IMC)的生长演变规律及焊点抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行分析。结果表明:在电流密度(J)为1.78×104 A/cm2、温度为373 K的加载条件下,随着加载时间的延长,焊点界面IMC的生长呈现明显的极性效应,阳极界面IMC增厚,阴极界面IMC减薄,且阳极界面IMC的生长符合抛物线规律;同时,互连焊点的抗拉强度不断下降,焊点的断裂模式由塑性断裂逐渐向脆性断裂转变,断裂位置由焊点中心向阴极界面处转移。

几种无机阴离子的电迁移及其对闭塞区的影响

用模拟闭塞电池方法研究了低碳钢 碱性NaCl水溶液体系中几种无机阴离子向闭塞区的电迁移规律及其对闭塞区的影响 .结果表明 :在所选阴离子浓度范围内 ,CrO2 -4、MoO2 -4、WO2 -4均能向闭塞区内迁移 ,它们遵循相同的规律 ,电迁移量随着时间的延长和浓度的提高而增大 ,其中WO2 -4迁移速度比CrO2 -4、MoO2 -4小 ;添加一定浓度以上的这三种离子能有效地阻止Cl-向闭塞区的迁移 ,浓度越高 ,效果越明显 ,其中CrO2 -4更能有效地抑制Cl-的电迁移 ;CrO2 -4和MoO2 -4均能促使闭塞区溶液pH值降低 ,其中CrO2 -4的作用尤为显著 ,而WO2