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由于Pb元素具有毒性,各国相应的法规禁止使用含铅焊料,因此无铅焊料的研究迫在眉睫。目前已经有上百种无铅焊料。Sn-3.5Ag系无铅焊料具有高的力学性能和耐热疲劳性,常用于高温设备中,是目前最有可能替代Sn-Pb钎料的合金。而在热老化过程中,焊点界面IMCs层的厚度增加将引起接头的热疲劳寿命、抗剪强度和断裂韧性会减小。同时接头电迁移失效问题也引起了广泛的关注。本文根据设计了Cu/钎料(Sn-3.5Ag、Sn-3.5Ag-1.0Zn)接头用于热老化实验,Cu/钎料/Cu(Sn-3.5Ag、Sn-3.5Ag-1.0Zn)用于电迁移实验。所得的试样经过冷镶嵌、打磨抛光,采用SEM分析了热老化和电迁移阶段接头反应界面微观组织形貌及演变,界面相成分采用能谱仪EDX分析。主要结论如下:1.在热老化实验中,Sn-3.5Ag/Cu界面反应初生相为η-Cu6Sn5,在老化阶段,Cu6Sn5与Cu之间新生成一层较薄的ε-Cu3Sn层。化合物层的厚度随老化时间的延长而增加。而对于Sn-3.5Ag-1.0Zn/Cu界面初生相也为Cu6Sn5,热化过程中,ε-Cu3Sn并没有出现,取而代之的是Cu5Zn8,化合物层的生长有所被抑制。2.在电迁移过程中,互连接头两端电压变化可分为四个阶段,即迅速上升期、稳定期、电压波动期和继续增大失效期。迅速上升期时间较短,几分钟电压就能够达到稳定期。稳定期期间,对应着微型空洞的形成和转移,为电迁移的孕育期,经过短暂的波动期后,电压迅速升高,最终导致电迁移失效。3. Sn-3.5Ag和Sn-3.5Ag-1.0Zn焊料电迁移温度为常温,平均电流密度为1.0×103A/cm2和1.4×103A/cm2,远远低于普遍认为的电流门槛值1×104A/cm2,但是电迁移失效依然在负极的拐角处发生了。利用ANSYS模拟凸点中电流分布,发现了在阴阳极电子流入口附近电流密度达到了1.4×104A/cm2,而实验观察到的电迁移失效正好发生在该处,很好的说明了电流塞集引起了电迁移失效。4.由于电迁移的影响,IMCs生长出现明显的极性效应,Sn-3.5Ag和Sn-3.5Ag-1.0Zn焊料凸点互连接头正极界面的IMC都是随着电迁移进行单调增长的;而负极界面的IMCs都是随电迁移进行先增大后减小的,并且Sn-3.5Ag焊料接头是在5天时候IMCs到达最大值,而Sn-3.5Ag-1.0Zn焊料接头是在10天的时候到达最大值,同时同等条件下Sn-3.5Ag-1.0Zn焊料接头的IMCs都比Sn-3.5Ag焊料接头的小,说明Zn元素的加入有助于抑制凸点互连接头IMCs在电流载荷作用下的生长。5.热场和电场条件下研究了界面Kirkendall空洞的形成和演变过程,对于Sn-3.5 Ag/Cu界面,老化阶段,Cu/Cu3Sn界面的微空洞数量很少,而且增加不明显。然而,在1×103 A/cm2电流密度条件下,电流载荷会加速Cu/Cu3Sn界面Kirkendall空洞的形成,并且明显具有极性特征,即阳极Cu/Cu3Sn界面Kirkendall空洞的密度明显高于阴极。同时在Cu基板上镀一层Ni-P层可以起到抑制Kirkendall空洞的产生。而对于Sn-3.5 Ag-1.0Zn/Cu界面,在热老化和电迁移过程都没有产生Kirkendall空洞。