论文部分内容阅读
在电子产品微型化、多功能化的发展趋势下，单个焊点所承载的电流密度和焊点的服役温度与日俱增，这就给微电子封装焊点的可靠性带来了巨大的挑战。电迁移失效作为微电子产品一种新的失效形式，而逐渐引起广泛的关注。电迁移效应的物理本质是在电子风力驱使下，焊点中的原子沿着电子流方向由阴极不断向阳极迁移的现象。电迁移效应加速电子元器件的失效，缩短了电子产品的有效使用寿命，严重的影响了微电子封装焊点的可靠性。基于以上研究，本文采用引线对接焊点为研究对象，在排除电流拥挤效应和焦耳热效应对电迁移效应造成干扰的前提下，首先研究了在1.78×10~4A/cm~2电流密度、100℃和125℃条件下加载对Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点可靠性的影响。结果发现电流加载下阳极和阴极界面IMC的生长呈现明显的极性效应，阳极界面IMC的生长被增强，阴极界面IMC的生长被抑制。认为是Cu原子的扩散主导界面IMC的生长，在电子风力、化学势梯度和背应力三者的综合作用下，阳极界面IMC的生长与加载时间呈抛物线关系。焊点的抗拉强度随着加载时间迅速下降，断裂模式由纯剪切断裂转为微孔聚集型断裂，并最终向脆性断裂转变，断裂位置由钎料中向阴极界面处转移。作为对比分析研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在100℃、125℃、150℃等温时效对焊点可靠性的影响。结果表明界面IMC随时效时间的延长而不断生长，时效温度越高界面IMC的生长速率越大，约为相同温度下电迁移试样阳极界面IMC生长速率的1/30。时效时间延长，焊点的抗拉强度下降，其下降速率约为相同温度下电迁移试样的1/9。高温长时间时效，界面处有Kirkendall空洞出现。焊点的断裂模式由纯剪切断裂变为微孔聚集型断裂，但断裂位置始终位于钎料中。同时还研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni焊点在130℃等温时效过程中界面IMC的生长情况，发现母材Ni侧的界面IMC的生长速率比母材Cu侧稍慢，界面IMC的成分十分复杂。最后对Cu/Sn-9Zn/Cu焊点在1.78×10~4A/cm~2电流密度、125℃加载条件下的电迁移现象进行了研究，发现了阴极和阳极界面IMC都增厚，且阴极界面IMC生长速率更大的异常现象。分析界面IMC成分后认为，是由Sn原子的扩散主导IMC的生长导致的。