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《微焊点界面的柯肯达尔孔洞生长及其抑制的研究(可编辑)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、微焊点界面的柯肯达尔孔洞生长及其抑制的研究华中科技大学硕士学位论文微焊点界面的柯肯达尔孔洞生长及其抑制研究姓名:邹建申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:吴丰顺2010-01华中科技大学硕士学位论文摘要随着微电子工业的不断进步,消费类电子产品向小尺寸、高性能方向迅猛发展,从而对焊点可靠性提出了更高的要求。焊接和服役过程中的界面固态扩散反应会对焊点的微观组织产生重要影响,进而决定了焊点可靠性。柯肯达尔Kirkendall孔洞是电子器件在较高的单位体积散热量的情况下由于Cu-Sn热扩散差异产生的潜在的可靠性风险形式之一。金属间化合物Int
2、ermetallicCompound,IMC内部产生的Kirkendall孔洞会降低焊点的机械性能,将危害焊点的电气连接性能。本文研究了影响焊点IMC中Kirkendall孔洞生长的各种因素和Kirkendall孔洞对焊点可靠性的影响。试验中采用Sn3.0Ag0.5Cu、Sn、Sn3.5Ag和Sn37Pb四种不同类型的焊料连接不同的Cu和Ni块体,制备不同互连结构的焊点。主要研究内容包括:研究了时效老化老化温度和老化时间对Kirkendall孔洞形成的影响,发现Kirkendall孔洞一般出现在CuSn内部靠近Cu基板的区域;焊点中Kirke
3、ndall孔洞3的密度随着老化温度和时间的增大而增多。通过对实验数据进行方程曲线拟合得到Kirkendall孔洞占焊点界面比值的经验公式,根据这个该公式可以判断在一定温度下得到确定孔洞面积比率所需的时间,预测元件的寿命。研究了基板材料、材质和焊料合金对Kirkendall孔洞的形成的影响。基板材料、材质包括Cu的材质电镀Cu、多晶Cu和单晶Cu和Ni的材质纯Ni、电镀Ni和化学镀Ni。研究发现对于无铅焊料Sn3.0Ag0.5Cu、Sn和Sn37Pb焊料,老化后的电镀Cu基板和多晶Cu基板焊点中的CuSn金属间化合物中都产生了Kirkendal
4、l孔洞,而相同3老化条件下,单晶Cu基板焊点中未发现Kirkendall孔洞。这是因为Cu层的微观结构会影响CuSn层的晶粒结构,而CuSn层的晶粒结构决定了Cu和Sn在其内部的33互扩散速率的差异,这种差异便是Kirkendall孔洞的形成机制。昀后的研究表明Cu层的晶粒越大,晶界越少,CuSn中形成的Kirkendall孔洞就会越少。3对于SnAgCu焊料来说,老化后的焊点界面IMC中Ni-Sn-P层的出现造成了少量I华中科技大学硕士学位论文Kirkendall孔洞的形成,但是孔洞情况没有电镀Cu焊盘严重。而一般纯Ni和电镀Ni焊盘不会产
5、生Kirkendall孔洞。因此,Ni-Sn-P层是形成Kirkendall孔洞的关键,Ni-Sn-P层向外扩散出的Sn远多于向内扩散进入的Sn通量,导致了Kirkendall孔洞的形成。Cu/SAC305/Cu互连结构焊点中,随着老化时间的延长,IMCCuSn和CuSn653不断的长大,并且随着CuSn中的Kirkendall孔洞密度不断的增长,焊点的抗拉强度3不断降低。焊点界面中IMC内部的Kirkendall孔洞的存在将降低金属间化合物的强度,并且孔洞数量越多,焊点的抗拉强度降低得越大。焊点断裂模式会随着老化发生转变:由于焊料弱化了界面
6、,回流或者短时间时效后的焊点破坏大多发生在界面靠近焊料一侧;随着时效时间增加,焊点断裂发生在焊料内的比例减少,进而转变成混合破裂模式,昀后变成界面层破坏。关键字:焊点,柯肯达尔孔洞,老化,可靠性,金属间化合物,拉伸性能II华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmicro-electronicsindustry,consumerelectronicsproductsbecometohavesmallsize,highperformance.Thishasputforwardhigherrequireme
7、ntsaboutthereliabilityofminiaturizedsolderjoints.Thereliabilityofsolderjointsdependsprimarilyonthemicrostructureofsolderjoints,whichisgreatlyaffectedbytheinterfacialinteractionduringtheprocessofsolderingandservice.Kirkendallvoidsformedinelectricalcomponentsservedinhightempe
8、raturemaybeaconcernforthesolderjointreliability.ItisknownthatKirkendallvoidsarethe
