釬焊界面氣泡演變行為及對界面反應(yīng)的影響.pdf

1、隨著大規(guī)模集成電路不斷向高密度、高集成度、小尺寸方向發(fā)展，如何提高產(chǎn)品合格率和焊接可靠性已是當(dāng)代電子制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和核心科學(xué)問題。影響電子器件可靠性的因素有很多，其中孔洞被公認(rèn)為是焊點(diǎn)失效最主要的原因之一。焊點(diǎn)中的孔洞主要是回流焊過程中助焊劑等揮發(fā)物產(chǎn)生的氣泡滯留在熔融焊料中形成的。因此，對于提高電子器件的可靠性而言，深入了解焊點(diǎn)中孔洞的大小、形態(tài)、分布、形成機(jī)理和控制因素是非常重要和迫切的。這涉及到焊點(diǎn)中氣泡的形成、長大、運(yùn)動(dòng)及

2、隨后的聚集、合并、排出等相關(guān)問題。
　　本文選用Sn-0.7Cu和Sn-3.5Ag無鉛釬料為研究對象，利用同步輻射實(shí)時(shí)成像技術(shù)觀測了釬焊界面氣泡的演變行為。發(fā)現(xiàn)，釬焊固/液界面上的氣泡對界面IMC的生長有很大影響，氣泡通過影響原子擴(kuò)散影響IMC生長行為，IMC生長也會(huì)影響氣泡生長、合并、上浮等行為。主要結(jié)論如下:
　　(1)氣泡在固液界面上異質(zhì)形核比均質(zhì)形核更容易，二種情況下形核臨界半徑均為:Rc=2σLG/3/pat+ρL

3、gh。但是，對于氣泡臨界形核體積卻有Vhe=Vhof(θ)。實(shí)驗(yàn)得到f(θ)的值介于0.5和1之間，氣泡在界面上均質(zhì)形核的臨界氣泡體積要比異質(zhì)形核大1到2倍。使用同步輻射實(shí)時(shí)成像技術(shù)觀察到氣泡在界面上形核后，它的體積與釬焊溫度成正比。氣泡體積隨溫度的升高而增大。體積的增大使得相鄰的氣泡相互接觸最終合并為一個(gè)大氣泡。并且在表面張力的作用下，氣泡形狀最后成為半球形。
　　(2)釬焊界面IMC演化和界面氣泡是相互影響的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示位于

4、氣泡下方的銅界面高于其它位置。同時(shí)，位于氣泡底端的IMC尺寸大于其他區(qū)域。氣泡體積越大它的影響區(qū)域越大。對釬焊界面反應(yīng)實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)IMC的生長影響氣泡形狀的變化。當(dāng)IMC厚度超過界面氣泡中心處時(shí)，氣泡形狀從半球形變?yōu)闄E圓形。當(dāng)IMC溶解到氣泡中心以下時(shí)，氣泡恢復(fù)半球形。
　　(3)在熱遷移條件下，同步輻射實(shí)時(shí)成像發(fā)現(xiàn)隨著釬焊溫度升高，熱端和冷端IMC均開始生長，直到保溫初期熱端IMC開始逐漸溶解，在熱遷移作用下溶解的銅從熱端向冷端