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6.5A直流电下通电36h和48h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36h使剪切抗力降低约30%,电迁移48h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转变。

微量稀土元素对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料合金组织与性能的影响

研究稀土元素对Sn3Ag0.5Cu无铅焊料合金显微组织及性能的影响。结果表明：当稀土含量（wRE）为0.05%~0.25%时,对该无铅焊料合金的导电性和腐蚀性影响不大,但使其熔化区间温度降低;可以提高焊料的铺展面积,细化组织,提高其力学性能。比较Ce、Er、Y、Sc四种稀土元素对焊料合金的影响,发现Ce元素可以更好地提高焊料合金的综合性能,Er次之。

镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织和性能的影响

运用莱卡显微镜、扫描电镜和能谱分析等仪器设备,研究添加微量La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响。结果表明,La能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后的IMC的显微组织,钎料剪切强度提高10.9%;键参数函数计算结果表明La具有"亲Sn"倾向,可降低IMC的长大驱动力。

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。

稀土镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响

运用莱卡显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器设备,研究添加不同含量稀土元素La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后微观组织及性能影响。结果表明:添加不同含量的稀土La均能使Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后组织与性能得到改善,其中以La含量达到0.05%时为最优,显微硬度及剪切强度分别提高14%和10.7%;基于热力学理论计算结果表明稀土元素La具有"亲Sn"倾向,可减小钎料中锡基化合物界面锡的活度,降低IMC的长大驱动力。

La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料界面组织和性能的影响

通过SEM和EDAX等,研究了La添加量对Sn3.5Ag0.5Cu钎料与Cu基体焊合界面IMC微观组织及性能的影响。结果表明:添加不同量的La均对Sn3.5Ag0.5Cu与Cu基体焊合后的组织有细化作用并增强其力学性能。其中以w(La)达到0.05%时最优,剪切强度可提高10.7%。材料热力学理论计算结果表明,La具有"亲Sn"倾向,添加少量La到Sn3.5Ag0.5Cu钎料中,可减小Cu6Sn5/Cu界面Sn的活度,降低IMC的长大驱动力。

铅对Sn3.5Ag0.5Cu合金钎料性能的影响

利用显微硬度计、差热分析仪等仪器设备,研究了铅对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金性能的影响。实验结果表明,铅对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金性能有较大的影响,添加铅后,Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金熔化温度下降了8%;钎料合金的润湿性得到改善;当w(Pb)达到0.5%时,Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金显微硬度显微硬度值最大,达到21.5HV之后快速下降。

锌对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能的影响

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪等仪器设备,研究了添加元素Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能的影响。结果表明,Zn与Cu、Ag形成化合物AgZn、CuZn_3,能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织;添加元素Zn后的Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金的显微硬度提高11%,蠕变抗力也得到明显提高;运用键参数函数理论分析了Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能影响的作用机理。

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200h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200h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。

新型水基高分子焊锡球表面处理剂及其性能研究

为解决焊锡球在长期存放与运输过程中易被氧化的问题,以Sn3.0Ag0.5Cu焊锡球为研究对象,研制出一种新型水基高分子焊锡球表面处理剂,此种表面处理剂是由苯并三氮唑和聚乙烯醇4000作为成膜剂,使用抗坏血酸作为抗氧化剂,并添加少量碱性配位剂与表面活性剂制成。表面处理剂处理后对焊锡球进行抗氧化性测试、剪切强度测试、空洞测试以及包覆情况测试与Raman光谱表征,结果表明:经此种表面处理剂处理后的焊锡球焊点剪切强度提高48%;焊锡球焊点空洞率低于4%,符合业内要求(低于15%)。上述结果说明此种表面处理剂处理过后的焊锡球会在表面形成一层致密的抗氧化薄膜,能提高焊球的抗氧化性能。

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间化合物(IMC)的变化,在28℃下,对无铅Sn3.0Ag0.5Cu焊点进行了6.5 A直流电下的电迁移实验。结果发现,通电144 h后,阳极侧IMC层变厚,平均达到10.12μm;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Cu6Sn5 IMC异常堆积现象。焊点温度分布的有限元模拟分析表明,阴极界面IMC的异常堆积是温度梯度引起的热迁移控制了阴极区局部迁移过程的结果。

SnAgCu无铅焊点原位电迁移IMC演变

在28℃、3.25 A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,Cu6Sn5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化合物(IMC),阴阳极出现厚度相差很大的IMC化合物层,阴极侧约8μm厚,而阳极侧约20μm厚,形成明显的极化效应。

镍磷锗对SnAgCuCe系钎料性能及组织的影响

为改善Sn3.0Ag0.5CuCe(SAC305Ce)无铅钎料的性能,向其添加了微量Ni、P及Ge并进行了研究。结果表明,同时添加质量分数为0.10%Ni、0.01%P和0.05%Ge,150℃时效168h后,钎料综合性能最佳。钎料合金组织中共晶组织的分布较为密集,IMC厚度有轻微增加,润湿力约0.48mN,剪切强度约62MPa。

基于细观损伤模型的SnAgCu材料特性研究

基于细观损伤力学本构模型思想,考虑微孔洞演化效应,对微电子封装中的Sn3.0Ag0.5Cu材料特性和焊点服役时的损伤失效机理进行研究。基于实验数据研究并结合拟合方法确定了Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)本构模型参数,并通过恒应变载荷条件下的应力应变响应的数据与试验数据进行比较,验证了模型的有效性。

铋对SAC305−xBi/Cu焊接接头显微组织、热性能、力学性能和界面行为的影响

通过添加1%和2%(质量分数)的Bi提高SAC305焊接接头的性能,并研究Bi掺杂对SAC305−xBiCu焊接接头显微组织、热性能和力学性能的影响。Bi掺杂通过细化初始β-Sn和共晶相改善焊接接头的显微组织。当Bi含量低于2%时,Bi溶解到β-Sn基体中形成固溶体;而当Bi含量等于或高于2%时,β-Sn基体中形成Bi的沉淀相。β-Sn基体中的固溶强化和析出强化机制使合金的极限抗拉强度和硬度分别从35.7 MPa和12.6 HV提高到55.3 MPa和20.8 HV,但是伸长率从24.6%降至16.1%。含2%Bi焊接接头断口呈典型脆性断裂形貌。所有焊接接头的界面层由两个平行的IMC层组成:Cu6Sn5层和Cu3Sn层。与SAC305Cu焊接接头相比,SAC305−xBiCu焊接接头的界面层更薄,剪切强度更高。因此,添加少量Bi可以细化SAC305Cu焊接接头的显微组织,降低熔点并提高其力学性能。

Sn−0.5Ag−0.7Cu−0.1Al_(2)O_(3)/Cu焊点的热可靠性

研究添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒对Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu焊点热可靠性的影响。实验结果表明:添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以将Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu接头的热时效特征寿命从662 h提高至787 h,将接头的热循环特征寿命从1597次提高至1824次。此外,添加Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以减缓热服役期间剪切力的降低,这得益于Al_(2)O_(3)纳米颗粒的钉扎效应可以阻碍晶粒和金属间化合(IMCs)物的生长。理论上,等温时效过程中界面IMCs的平均生长系数由1.61×10^(−10) cm^(2)/h降至0.79×10^(−10) cm^(2)/h;热循环过程中界面IMCs的平均生长系数由0.92×10^(−10) cm^(2)/h降至0.53×10^(−10) cm^(2)/h。这表明,添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以提高Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu接头的热时效和热循环可靠性,且热时效可靠性的提升效果较为明显。

Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5Cu焊料合金显微组织、热性能和力学性能的影响

研究添加Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5CU(SAC0705)焊料合金显微组织、热性能、极限抗拉强度、延展性和硬度的共同影响。结果表明,Bi和Sb的加入显著降低焊料的过冷度,细化焊料的β-Sn相以及扩大焊料的共晶区域。此外,焊料基体中SbSn相和Bi相的形成也影响焊料的力学性能。添加3%(质量分数)的Bi和3%(质量分数)的Sb后,SAC0705合金的极限抗拉强度和硬度从31.26 MPa和15.07 HV分别提高到63.15 MPa和23.68 HV。焊料合金的晶界强化、固溶强化和析出强化以及断裂机制的改变导致其延展性降低。

Sn3.0Ag0.5Cu倒装焊点中的电迁移

采用104A/cm2数量级的电流密度对Sn3.0Ag0.5Cu倒装焊点中的电迁移机理作了研究.电迁移引起的原子(或空位)的迁移以及在此过程中形成的焦耳热,使Sn3.0Ag0.5Cu倒装焊点的显微形貌发生变化.电迁移作用下,由于空位的定向迁移和局部的电流聚集效应使阴极芯片端焊料与金属间化合物界面形成薄层状空洞.处于阴极的Cu焊盘的Ni(P)镀层与焊料间也产生了连续性空洞,但空洞面积明显小于处于阴极的芯片端焊料与金属间化合物界面.焊盘中的Cu原子在电迁移作用下形成与电子流方向一致的通量,最终导致焊点高电流密度区域出现连续性的金属间化合物且金属间化合物量由阴极向阳极逐渐增多.

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10~3A/cm^2的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了(Cu,Ni)_6Sn_5型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为(Cu,Ni)_6Sn_5型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/(Cu,Ni)_6Sn_5界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu_6Sn_5化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu_6Sn_5化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处(Cu,Ni)_6Sn_5的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响

本文研究了150℃,1.0×10~4A/cm^2条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响.回流后在solder/Ni和solder/Ni-P的界面上均形成(Cu,Ni)_6Sn_5类型金属间化合物.时效过程中两端界面化合物都随时间延长而增厚,且化合物类型都由(Cu,Ni)_6Sn_5转变为(Ni,Cu)_3Sn_4.电迁移过程中电子的流动方向对Ni-P层的消耗起着决定性作用.当电子从基板端流向芯片端时,电迁移促进了Ni-P层的消耗,600 h后阴极端Ni-P层全部转变为Ni_2SnP层.阴极界面处由于Ni_2SnP层的存在,使界面Cu-Sn-Ni三元金属间化合物发生电迁移脱落溶解,而且由于Ni_2SnP层与Cu焊盘的结合力较差,在Ni_2SnP/Cu界面处会形成裂纹.当电子从芯片端流向基板端时,阳极端Ni-P层并没有发生明显的消耗.电流拥挤效应导致了阴极芯片端Ni层和Cu焊盘均发生了局部快速溶解,溶解到钎料中的Cu和Ni原子沿电子运动的方向往阳极运动并在钎料中形成了大量的化合物颗粒.电迁移过程中(Au,Pd,Ni)Sn_4的聚集具有方向性,即(Au,Pd,Ni)Sn_4因电流作用而在阳极界面处聚集.