【摘 要】
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随着微电子行业的不断发展和无铅化的推行,Sn-Bi钎料具有良好的润湿性、较好的性能使其具有广阔的应用前景。互连焊点在电子封装系统中起到了机械结构支持和电气连接等重要的作用,然而,由于微型化和集成化的发展趋势导致焊点的尺寸和间距的不断降低,给焊点带来了日益严峻的挑战,因此,对焊点的可靠性的研究具有重要意义。本文首先研究了Sb和In元素对Sn-15Bi钎料的显微组织和力学性能的影响,发现Sn-15Bi
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随着微电子行业的不断发展和无铅化的推行,Sn-Bi钎料具有良好的润湿性、较好的性能使其具有广阔的应用前景。互连焊点在电子封装系统中起到了机械结构支持和电气连接等重要的作用,然而,由于微型化和集成化的发展趋势导致焊点的尺寸和间距的不断降低,给焊点带来了日益严峻的挑战,因此,对焊点的可靠性的研究具有重要意义。本文首先研究了Sb和In元素对Sn-15Bi钎料的显微组织和力学性能的影响,发现Sn-15Bi-x Sb钎料的抗拉强度和硬度随着添加Sb含量的增加而逐渐升高,而延伸率逐渐下降。Sn-15Bi-x In钎料的抗拉强度、延伸率和硬度都随着In含量的增加而逐渐降低。经过等温时效后,细小的Bi颗粒的析出导致的沉淀强化作用使得Sn-15Bi-x Sb钎料和Sn-15Bi-x In钎料的硬度随着时效时间的延长而逐渐升高。其次,重点研究了添加不同含量的Sb和In元素的Sn-15Bi-x Sb/Cu和Sn-15Bi-x In/Cu焊点在等温时效前后的微观界面和剪切性能的变化,并在焊点界面处的冶金反应、界面化合物的生长、断裂模式和剪切强度方面进行深入的分析发现,Sn-15Bi-x Sb/Cu焊点的界面化合物的成分为Cu6（Sn,Sb）5,并且随着Sb含量的增加,等温时效过程中界面化合物的生长速率逐渐降低,相应焊点的剪切强度也越高,焊点断裂在化合物层中呈现脆性断裂。当In的含量低于5wt.%时,Sn-15Bi-x Sb/Cu焊点界面化合物的成分没有发生改变,而当In的含量达到5wt.%后,化合物的成分为Cu6（Sn,In）5。In元素的添加降低了界面Cu-Sn反应原子相互扩散的阻力,促进了界面金属间化合物的生长,并且焊点的剪切强度也随着In含量的增加而逐渐降低,断裂模式也逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂。最后,研究了Cu/Sn-15Bi/Cu、Cu/Sn-15Bi-5In/Cu和Cu/Sn-15Bi-3Sb/Cu三种线性焊点在室温（25℃）和1×10~4A/cm~2的电流密度下进行8天电迁移的组织及界面行为变化发现,Cu/Sn-15Bi/Cu焊点中的Bi原子在电迁移驱动力的作用下往阳极进行迁移聚集,但是没有富Bi层的形成。5wt.%的In元素的添加提高了Bi在Sn中的固溶度,焊点中Bi原子的迁移得到了抑制。而3wt.%的Sb元素的添加导致电迁移过程中焊点温度的升高,促进了Bi原子和Cu原子的迁移,观察到了更明显的Bi的迁移以及极性效应的产生,降低了焊点的电迁移可靠性。
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