元器件镀层Sn须生长研究及工艺控制

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1、摘要元器件镀层的Sn须生长可靠性问题严重威胁着电子产品及其相关的硬件产品。50多年以来，关于镀层Sn须的生长理论不断发展。人们一直采用在Sn镀层中加入Pb的方式缓解Sn须生长。然而，随着无铅法令的施行，Sn及Sn基镀层又重新面临严重可靠性问题。论文依据JEDEC标准对工业生产条件下的几种常用封装形式的电子元器件进行Sn须加速测试，研究在Cu引线框架表面电镀纯Sn层的Sn须生长现象及机理；并通过对比试验确定各生产工艺过程因素对Sn须生长的影响，从而得到实际生产中控制Sn须生长的一些有效方法。试验结果发现在温度循环，室温储存和高温高

2、湿储存3种不同的加速条件下，Sn须生长特点规律各异。温度循环条件下，Sn须生长的孕育期较短，速率快，密度大，长度较短且一致；镀层表面出现独特的凹坑现象。室温储存和高温高湿储存条件下，Sn须生长在3-4个月时由孕育阶段的缓慢生长期转为快速生长阶段。进一步的微区XRD应力测试、Sn/Cu界面金属间化合物的AFM生长等实验和分析表明不同加速条件的Sn须生长机理不同。室温储存条件下，Sn须生长的驱动力较为单一，高温高湿储存条件下，Sn须生长的驱动力较为复杂。温度循环条件下，Sn须生长的驱动力更为复杂。3组工艺对比试验，考察工艺生产过程中

3、塑封和机械冲压成型对镀层Sn须生长的影响。对比试验结果显示环氧树脂/镀层界面和无环氧树脂/镀层界面Sn须生长结果类似，塑封对镀层Sn须生长的影响可以忽略。机械冲压应力对镀层的宏观残余应力状态影响不大；但是，镀层晶粒发生塑性变形，晶粒取向多元化，Sn须生长几率减少。成型过程中模具对镀层表面氧化膜的破坏，导致镀层容易发生腐蚀，引起Sn须生长。最后，依据以上试验，论文提出一套生产过程中控制Sn须的行之有效的方案。关键词：Sn须，Sn须控制，机械应力，IMC生长，Sn镀层，环氧树脂，加速测试IIAbstractTinwhiskersgr

4、owthonhigh-tincontentleadfinishescreatingreliabilityproblemswithelectroniccomponentsanditsproducts.Since1950’s,lotsoftheoriesaboutwhiskergrowthhavebeendeveloped.ItiswidelyacceptedthatSnPballoyshavebeenthemostsuccessfulincontrollingwhiskers.However,withtheRoHSlead-fre

5、efinishescarryingout,pureSnandSn-basedfinishesfacedseriousreliabilityproplemsagain.TheSnwhiskeracceleratedtestonseveralcommonpackagescarriedoutaccordingtotheJEDECstandard.SnwhiskergrowthphenomenonandmechanismwithpureSnplatedonCualloylead-frameswerestudied.And3contras

6、itiveexperimentscarriedouttostudytheinfluencefactorsinprocess,too.Someefficencymenthodsonwhiskermitigationduringprocessweredeveloped.Experimentresultsfoundthatdifferentwhiskergrowthcharactersunder3differentacceleratedconditionswhichweretemperaturecycling,roomtemperat

7、urestorageandhightemperatureandhumiditystorage.Thewhiskerincubationtimewasshortundertemperaturecyclingandgowthinahighrate,ahighdensityandauniformlength.AndalargeamountofcollapseswerefoundonthefinishrelatingtoSnwhiskergrowthinhighdensity.Underroomtemperaturestorageand

8、hightemperatureandhumiditystorageconditions,3-4monthistheturningpointofthewhiskergrowthrate.Snwhiskergrowthratewasfasterafter3-4mon