電遷移作用下Sn-58Bi的界面演變及抑制行為研究.pdf

1、隨著人們對環(huán)境和健康問題的日益關(guān)注，電子產(chǎn)品中Pb的使用受到有效限制，國內(nèi)外學(xué)者開始了大量無鉛釬料的探索，其中 Sn-58Bi以其低熔點、成本和熱膨脹系數(shù)而在低溫封裝中受到廣泛關(guān)注。電子產(chǎn)品的封裝密度不斷增加，導(dǎo)致通過焊點的電流密度不斷提高，目前已經(jīng)高達(dá)106A/cm2，在如此高的電流密度下，焊點很容易發(fā)生失效。本文在 Cu/Sn-58Bi/Cu線性焊點研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了電遷移作用下Sn-58Bi/Sn-3.0Ag-0.5Cu（S

2、AC305）兩種釬料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)合焊點和成分復(fù)合焊點的界面反應(yīng)及抑制機理；另外，在Cu基板中加入一定含量的Zn元素，研究Cu-Zn基板對Sn-58Bi電遷移性能的影響。
　　Cu/Sn-58Bi/Cu線性焊點在常溫、電流密度大小為1×104A/cm2固/固電遷移過程中，表面隨著原子的遷移出現(xiàn)凸起裂紋，隨著時間的推移，在陽極界面處形成Sn晶須，陰極出現(xiàn)拉裂紋。對于焊點內(nèi)部而言，Bi原子不斷遷往陽極，在陽極形成富 Bi層。溫度對原子遷

3、移的影響至關(guān)重要，50℃下陽極富Bi層的厚度是常溫下富Bi層厚度的4.5倍。在高電流（24A）下的液/固電遷移中，陽極界面生成大量的棒狀金屬間化合物（IMC），隨著通電時間的延長不斷長大，表現(xiàn)為―熟化現(xiàn)象‖；陰極界面Cu原子不斷消耗，界面變得凹凸不平。在高溫低電流密度（150℃，5×103A/cm2）的液/固電遷移中，陰極和陽極界面IMC的生長速率分別高于固/固電遷移中界面IMC的生長速率，且陰極界面IMC厚度要高于陽極界面IMC厚度。

4、
　　結(jié)構(gòu)復(fù)合焊點能夠?qū)崿F(xiàn)低溫連接，回流后焊點連接性良好，在電遷移過程中，與Cu/Sn-58Bi/Cu相比，富Bi層厚度和兩極界面IMC厚度都要更小，說明中間SAC305層對Bi原子和Cu原子的遷移都起到阻礙作用。陰極側(cè)Sn-58Bi中的Bi原子從SAC305邊緣遷往陽極側(cè)Sn-58Bi中，Bi在結(jié)構(gòu)復(fù)合焊點中的遷移具有―集膚效應(yīng)‖。陽極側(cè)的Sn-58Bi/SAC305界面附近的Bi原子在電遷移過程中逐漸遠(yuǎn)離 SAC305，而陰極

5、側(cè)的Sn-58Bi/SAC305界面附近的Bi原子逐漸靠近SAC305。兩種成分復(fù)合焊點中，Ag含量的高低對電遷移影響很大，Ag含量越高，對遷移的阻礙作用越明顯。成分復(fù)合焊點中兩極界面IMC隨通電時間的延長而不斷增長，但是增長速率緩慢，這是由于Ag3Sn對原子遷移的阻礙作用，且隨著時間的推移，在陽極界面處沒有連續(xù)的富Bi層的出現(xiàn)。
　　對于 Cu-xZn/Sn-58Bi/Cu-xZn（x=2.29wt.％和4.89wt.%）線性焊