尺寸效應(yīng)下時(shí)效及電遷移對Cu-Sn-9Zn(SAC305)-Cu拉伸性能的影響.pdf

1、微電子封裝制造沿著微型化、高性能、無鉛化趨勢快速發(fā)展，焊點(diǎn)尺寸也隨之持續(xù)減小，尺寸效應(yīng)對焊點(diǎn)微觀組織進(jìn)而對其力學(xué)可靠性的影響成為電子封裝中的關(guān)鍵問題;同時(shí)電流密度增加，使得電遷移界面損傷加劇，進(jìn)一步惡化焊點(diǎn)力學(xué)可靠性。拉伸性能是反映微焊點(diǎn)可靠性的一種重要表征手段，尤其是其均布的作用力能夠真實(shí)的反映焊點(diǎn)界面損傷狀況。因此，本論文采用拉伸實(shí)驗(yàn)方法，在150℃時(shí)效（無電流）及電遷移(5×103 A/cm2)條件下研究了不同尺寸Cu/Sn-9Z

2、n/Cu和Cu/Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)/Cu線性焊點(diǎn)的拉伸性能。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)對于Cu/Sn-9Zn/Cu焊點(diǎn)，隨時(shí)效時(shí)間增加，細(xì)小的Zn顆粒逐漸消失，界面金屬間化合物(IMC)厚度增加，焊點(diǎn)由浸焊后在界面斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樵阝F料內(nèi)部斷裂，拉伸強(qiáng)度降低，其主要取決于釬料強(qiáng)度。隨電遷移時(shí)間增加，焊點(diǎn)兩側(cè)IMC生長表現(xiàn)出反極性效應(yīng)，陰極側(cè)界面IMC厚度大于陽極側(cè)界面IMC厚度，并且在大尺寸焊點(diǎn)中此效應(yīng)

3、更為明顯;焊點(diǎn)由在釬料內(nèi)部斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樵陉帢O界面斷裂，拉伸強(qiáng)度降低，其主要取決于界面結(jié)合強(qiáng)度。
　　(2) Cu/Sn-9Zn/Cu焊點(diǎn)尺寸對焊點(diǎn)拉伸強(qiáng)度及斷裂模式具有重要影響，根本原因在于不同尺寸焊點(diǎn)中Zn含量及其變化速率不同。相比300μm焊點(diǎn)，200μm焊點(diǎn)中剩余Zn含量隨時(shí)效及電遷移時(shí)間降低更快，低的剩余Zn含量導(dǎo)致釬料基體強(qiáng)度及抗電遷移性能較弱，因而具有更低的拉伸強(qiáng)度，時(shí)效過程中更易在釬料內(nèi)部斷裂，電遷移過程中更易在陰極界

4、面斷裂。
　　(3) Cu/SAC305/Cu焊點(diǎn)在時(shí)效條件下，界面IMC厚度隨時(shí)效時(shí)間增加，焊點(diǎn)強(qiáng)度降低，斷裂模式為釬料內(nèi)部塑性斷裂;電遷移條件下，Sn晶粒取向?qū)更c(diǎn)電遷移及力學(xué)性能影響顯著，而尺寸效應(yīng)相對弱化，當(dāng)陰極側(cè)Sn晶粒c軸與電流方向近乎平行時(shí)，陰極側(cè)Cu基板嚴(yán)重消耗，并且促進(jìn)界面處孔洞形成，焊點(diǎn)強(qiáng)度急劇降低，在陰極界面斷裂;當(dāng)陰極側(cè)Sn晶粒c軸與電流方向近乎垂直時(shí)，陰極側(cè)Cu基板消耗受到抑制，焊點(diǎn)拉伸強(qiáng)度緩慢減低，隨電