熱循環(huán)與老化條件下焊點晶體取向和微觀組織演變研究.pdf

1、產(chǎn)品與組件的可靠性一直是電子工業(yè)領(lǐng)域最受關(guān)注的問題之一。隨著封裝密度的提高,釬料的體積越來越小,一個焊點可能由一個至幾個晶粒組成,晶粒的取向不同,會表現(xiàn)出明顯的各向異性,這種差異性的存在就會導(dǎo)致不同的晶粒數(shù)目以及不同的晶體取向?qū)更c的可靠性產(chǎn)生重要影響。
　　本文采用Sn-3.5Ag和Sn-1.0Ag-0.5Cu兩種釬料,以及實際的BGA器件作為實驗材料,分別對它們進行熱循環(huán)和老化實驗,對焊點的晶體取向及顯微組織變化進行原位觀察。

2、通過對Sn-3.5Ag釬料搭接結(jié)構(gòu)的焊點進行0℃到100℃的原位觀察發(fā)現(xiàn),不同晶體取向的焊點會發(fā)生不同程度的再結(jié)晶,晶體取向相同或者相近的焊點表現(xiàn)出相近的可靠性,焊點在特定應(yīng)力的作用下,晶體取向的改變有一定的規(guī)律性,通過對晶體取向演變機理的研究發(fā)現(xiàn),晶體在滑移時,外力將發(fā)生錯動,產(chǎn)生一個力偶,迫使滑移面向拉伸軸平行方向轉(zhuǎn)動,同時晶體還會以滑移面的法線為轉(zhuǎn)動軸,使滑移方向趨于最大切應(yīng)力方向,這就導(dǎo)致變形過程中原子之間的相對位置發(fā)生了改變,

3、從而表現(xiàn)出焊點晶體取向的變化。通過對大量焊點的可靠性進行評估,從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律來看,單晶焊點的可靠性要比多晶焊點的可靠性更高一些,多晶焊點中又分為兩種主要的結(jié)構(gòu),其中,普通多晶結(jié)構(gòu)的焊點,可靠性相對較差,晶粒交織結(jié)構(gòu)的焊點,可靠性相對較高,不同晶體取向的單晶焊點,它們的顯微硬度有較大差異,最大可相差27.9％。
　　本文對比了Sn-3.5Ag和Sn-1.0Ag-0.5Cu兩種釬料在不同溫度(85℃和150℃)條件下,不同老化天數(shù)下,焊

4、點內(nèi)部顯微組織的原位觀察圖像,發(fā)現(xiàn)在老化條件下,Ag3Sn顆粒會發(fā)生粗化現(xiàn)象,溫度越高,粗化的速度越快,無論在85℃還是150℃下,Sn-1.0Ag-0.5Cu釬料中的Ag3Sn顆粒粗化速度要比Sn-3.5Ag釬料的快, Ag3Sn顆粒粗化的機理是兩個相鄰顆粒的吞并長大以及由于原子擴散引起的大顆粒逐漸長大,小顆粒逐漸消失。通過焊點的晶體取向圖與微觀組織圖的對比,發(fā)現(xiàn)老化后,晶界處的金屬間化合物(IMC)顆粒更容易聚集生長,再結(jié)晶區(qū)域容易