论文部分内容阅读
目前主流无铅焊点一般以锡基为主,其中β-Sn的含量通常占无铅焊料合金成分的95%(质量分数)以上,因而导致β-Sn本身的性质在很大程度上决定了无铅互连焊点的性能和可靠性。基于β-Sn的晶粒结构对电迁移作用下SAC305无铅互连焊点寿命以及失效形式进行了研究,主要工作和结果如下:(1)搭建无铅互连焊点的电迁移实验平台,对自行设计的BGA封装试样进行恒温下的电迁移加速实验,并使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及电子背散射衍射(EBSD),对无铅互连焊点内Sn晶粒结构进行观察和表征,分析探究其对无铅互连焊点电迁移失效过程的影响。(2)通过对焊点晶粒结构统计分析,发现绝大多数焊点内所含晶粒数量是有限的,通常为12个;通过对试样进行电迁移加速实验,发现结构为Cu/SAC305/Cu(Ni)的单晶粒结构焊点β-Sn晶粒取向是焊点出现不同失效模式以及不同的IMC扩展方式的决定性因素。Sn晶粒的c轴方向和电子流动方向形成的夹角较大接近90°时,焊点失效过程表现为阴极界面产生空洞并扩展成裂纹扩展;当Sn晶粒c轴风向和电子流动方向近乎平行时,焊点失效过程表现为阴极焊盘的快速溶解,向阳极扩散最终导致大量金属间化合物在晶界处析出。(3)基于有限元分析软件,考虑焊点不同晶粒结构,采用原子密度积分法(ADI)对SAC305焊点进行电迁移失效过程的仿真分析;采用Bunge欧拉角(1?,Φ,?2)来表征晶体的取向,结果表明单晶粒结构焊点正则化原子密度及其焊点失效寿命在很大程度上取决于晶体取向(特别是Φ角,即晶体c轴取向与电流方向的夹角,该角度表征了β-Sn晶粒绕c轴的旋转)。具有60°取向差角化的双晶粒结构的焊点,电流方向相对于晶界的相对位置会影响焊点内原子密度的分布。