SnBi釬料電遷移機理及抑制的研究.pdf

1、隨著電子產品向著微型化、多功能化方向發(fā)展，焊點電流密度急劇增大，電遷移現(xiàn)象已成為影響焊點可靠性的重要問題。SnBi釬料由于熔點低、低膨脹系數、性能高及環(huán)境協(xié)調性良好等優(yōu)點而被廣泛應用。但電遷移易導致SnBi釬料組織及性能發(fā)生惡化，嚴重影響焊點可靠性，故研究SnBi釬料電遷移行為在電子封裝領域具有重要的意義。
　　本文以SnBi釬焊接頭作為研究對象，探究了電遷移對SnBi釬焊接頭微觀組織形貌、界面IMC及力學性能的影響。并進一步討論

2、Al2O3和Ce顆粒對SnBi釬料電遷移性能的影響。SnBi釬焊接頭通電240h后，陰極界面產生了裂紋，焊縫組織中形成一條粗大的富Bi帶。Bi原子在電子風力作用下不斷從陰極向陽極遷移，陰極界面附近由于大量Bi原子離開產生空位并逐步演化為空洞和裂紋。當大量的Bi原子遷移到陽極界面附近時，持續(xù)通電導致接頭溫度上升，Bi相發(fā)生長大并形成富Bi帶。此外，SnBi釬焊接頭陽極界面IMC厚度隨著通電時間的延長不斷增加，當通電時間超過240h后，陽極

3、IMC厚度的增加的速度不斷加快，這可能是由于接頭界面產生部分斷裂，界面面積減小，電流密度增大，加速Bi原子的遷移。Al2O3顆粒有效地提升了SnBi釬料的電遷移抗性，SnBi-0.5％Al2O3釬焊接頭隨通電時間的加長，顯微組織變化不大，IMC厚度變化程度也較小。這是由于Al2O3顆粒阻擋原子遷移的通道，使得原子遷移受阻，從而有效抑制了SnBi釬料的電遷移。Ce顆粒細化了SnBi釬料顯微組織，改善釬料的力學性能。隨通電時間延長，SnBi

4、-0.5%Ce接頭較穩(wěn)定，當通電330h后發(fā)生斷裂失效。接頭陽極界面IMC形貌由扇貝狀逐漸轉變?yōu)閷訝?，相比于SnBi釬料界面IMC厚度，SnBi-0.5%Ce釬料陰極和陽極界面IMC厚度變化程度較低。隨著通電時間的增長，SnBi，SnBi-0.5%Al2O3和SnBi-0.5%Ce接頭陰極側顯微硬度均逐漸降低，而陽極側顯微組織的顯微硬度則逐漸增加。這是由于大量Bi原子從陰極向陽極遷移，陰極側組織產生空洞和富Sn相，導致陰極側硬度不斷降低

5、；而陽極側形成大塊的Bi相，由于Bi相為硬脆相，最終導致陽極側組織的硬度不斷上升。其中SnBi-0.5%Al2O3釬焊接頭陰極和陽極側顯微硬度變化程度最低，這是由于Al2O3顆粒增強了釬料在電遷移過程的組織穩(wěn)定性。通電200h后，SnBi,SnBi-0.5%Al2O3和SnBi-0.5%Ce釬焊接頭抗拉強度分別為12MPa,33MPa和19MPa。同時，SnBi-0.5%Al2O3和SnBi-0.5%Ce釬焊接頭的延伸長度也相比于SnB