SnBi釬料電遷移機(jī)理及抑制的研究.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品向著微型化、多功能化方向發(fā)展，焊點(diǎn)電流密度急劇增大，電遷移現(xiàn)象已成為影響焊點(diǎn)可靠性的重要問(wèn)題。SnBi釬料由于熔點(diǎn)低、低膨脹系數(shù)、性能高及環(huán)境協(xié)調(diào)性良好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但電遷移易導(dǎo)致SnBi釬料組織及性能發(fā)生惡化，嚴(yán)重影響焊點(diǎn)可靠性，故研究SnBi釬料電遷移行為在電子封裝領(lǐng)域具有重要的意義。
　　本文以SnBi釬焊接頭作為研究對(duì)象，探究了電遷移對(duì)SnBi釬焊接頭微觀組織形貌、界面IMC及力學(xué)性能的影響。并進(jìn)一步討論

2、Al2O3和Ce顆粒對(duì)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(chǎn)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(fēng)力作用下不斷從陰極向陽(yáng)極遷移，陰極界面附近由于大量Bi原子離開(kāi)產(chǎn)生空位并逐步演化為空洞和裂紋。當(dāng)大量的Bi原子遷移到陽(yáng)極界面附近時(shí)，持續(xù)通電導(dǎo)致接頭溫度上升，Bi相發(fā)生長(zhǎng)大并形成富Bi帶。此外，SnBi釬焊接頭陽(yáng)極界面IMC厚度隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加，當(dāng)通電時(shí)間超過(guò)240h后，陽(yáng)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(chǎn)生部分?jǐn)嗔?，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(shí)間的加長(zhǎng)，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(xì)化了SnBi釬料顯微組織，改善釬料的力學(xué)性能。隨通電時(shí)間延長(zhǎng)，SnBi

4、-0.5%Ce接頭較穩(wěn)定，當(dāng)通電330h后發(fā)生斷裂失效。接頭陽(yáng)極界面IMC形貌由扇貝狀逐漸轉(zhuǎn)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(yáng)極界面IMC厚度變化程度較低。隨著通電時(shí)間的增長(zhǎng)，SnBi，SnBi-0.5%Al2O3和SnBi-0.5%Ce接頭陰極側(cè)顯微硬度均逐漸降低，而陽(yáng)極側(cè)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(yáng)極遷移，陰極側(cè)組織產(chǎn)生空洞和富Sn相，導(dǎo)致陰極側(cè)硬度不斷降低

5、；而陽(yáng)極側(cè)形成大塊的Bi相，由于Bi相為硬脆相，最終導(dǎo)致陽(yáng)極側(cè)組織的硬度不斷上升。其中SnBi-0.5%Al2O3釬焊接頭陰極和陽(yáng)極側(cè)顯微硬度變化程度最低，這是由于Al2O3顆粒增強(qiáng)了釬料在電遷移過(guò)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(qiáng)度分別為12MPa,33MPa和19MPa。同時(shí)，SnBi-0.5%Al2O3和SnBi-0.5%Ce釬焊接頭的延伸長(zhǎng)度也相比于SnB