無鉛釬料電化學(xué)遷移的原位觀察與研究.pdf

1、隨著印制電路板上電子器件集成密度的不斷提高，焊點(diǎn)除了由于散熱不好引起的熱疲勞等問題外，焊點(diǎn)之間發(fā)生的電化學(xué)遷移問題越來越為人們所關(guān)注，已經(jīng)成為電子封裝領(lǐng)域的一個(gè)重大課題。與此同時(shí)，人們的環(huán)保意識(shí)正在日益增強(qiáng)，美國(guó)、歐盟等國(guó)都相繼立法對(duì)鉛的使用進(jìn)行嚴(yán)格限制，無鉛釬料的開發(fā)和應(yīng)用正受到越來越廣泛的重視。但是，對(duì)釬料尤其是無鉛釬料的電化學(xué)遷移過程開展研究還比較少，在我國(guó)基本上還是空白。本課題正是在這樣的背景下提出來的。 本文使用五種無

2、鉛釬料以及兩種含鉛釬料，制作了具有一定結(jié)構(gòu)的合金樣片和焊點(diǎn)樣片，利用定電壓法和掃描電壓法兩種水滴實(shí)驗(yàn)方法以及環(huán)境模擬試驗(yàn)方法，對(duì)電化學(xué)遷移過程進(jìn)行了原位觀察和研究。 為了滿足課題開展要求，我們自行設(shè)計(jì)和建立了水滴實(shí)驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置。水滴實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)合理，能夠滿足原位觀察和間距、外加電壓等條件實(shí)驗(yàn)的要求，并利用該裝置進(jìn)行了臨界短路失效電壓的測(cè)定；環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置具有密封良好，能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)樣片表面絕緣電阻連續(xù)測(cè)定的特

3、點(diǎn)，利用該裝置在溫度75℃、濕度99～100％RH和外加電壓100VDC條件下對(duì)四種具有代表性的釬料的焊點(diǎn)樣片進(jìn)行了試驗(yàn)，在120～200小時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi)觀察到電化學(xué)遷移短路失效。 電化學(xué)遷移過程是一個(gè)復(fù)雜過程。本文從陽(yáng)極溶解、離子遷移、電子轉(zhuǎn)移和電結(jié)晶等角度，對(duì)電化學(xué)遷移過程涉及的包括孕育期、短路失效時(shí)間、沉積物發(fā)生位置以及成長(zhǎng)外形等在內(nèi)的諸多問題和現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析和解釋。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加電壓和間距對(duì)短路時(shí)間有非

4、常顯著的影響。此外，在對(duì)各種釬料潤(rùn)濕性能、電流-電位曲線、金相結(jié)構(gòu)以及各種合金元素的電位-pH平衡圖的基礎(chǔ)上，對(duì)釬料合金樣片和焊點(diǎn)樣片由于樣片結(jié)構(gòu)不同而表現(xiàn)出明顯短路時(shí)間差異的原因進(jìn)行了分析?？傮w而言，無鉛釬料表現(xiàn)出比含鉛釬料更優(yōu)異的耐電化學(xué)遷移能力。 無鉛釬料電化學(xué)遷移的原位觀察與研究實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于每一種釬料，都存在一個(gè)臨界短路失效電壓，低于這個(gè)電壓時(shí)就不會(huì)發(fā)生電化學(xué)遷移短路失效現(xiàn)象。在0.15mm的水滴實(shí)驗(yàn)條件下，我們對(duì)各