snagcusnbi复合焊点的电迁移可靠性(附件)【字数：11935】
摘 要摘 要随着电子产品越来越小型化、多功能化，因此所用的钎料所需要满足的功能也越来越多。传统的含铅钎料已经逐渐被淘汰，而单一的无铅钎料在性能上已渐渐跟不上电子产品的要求，于是人们开始了复合焊料的研究。在电子产品中，焊点部位随着电子产品的发展，所承受的电流密度也随之增加，在高电流密度的作用下，材料内部会产生电迁移现象，从而影响电路正常运行。因此复合焊料电迁可靠性的研究成为了电子封装的重要研究对象。本文对SnAgCu/SnBi结构混合焊点和成分混合焊点两种焊点进行研究。通过在常温下分别对试样进行电流加载33h、66、99、132h，电流密度为104A/cm2，通电完成后，对其进行微观形貌的观察，得出结论。电迁移导致Bi在在阳极富集，并且随着通电时间的增加，在阳极Bi的富集越来越明显，而Sn3.0Ag0.5Cu对Bi的扩散有着很大的影响。关键字复合焊点；电迁移；可靠性
目 录
第一章 绪论 1
1.1 电子封装无铅化 1
1.1.1 微电子封装无铅化 1
1.1.2 无铅焊料的概述 2
1.1.3 复合焊料 4
1.2 电迁移理论 4
1.2.1 电迁移定义 4
1.2.2 电迁移的物理机制 4
1.2.3 影响电迁移的因素 5
1.2.4 国内外研究现状 6
1.2.5可靠性研究 9
1.3 本论文的研究目的和内容 9
1.3.1研究目的 9
1.3.2研究内容 9
第二章 实验方案及研究方法 10
2.1引言 10
2.2 试样的制备 10
2.2.1 Cu/Sn58Bi/Cu微焊点制备 10
2.2.2 Cu/Sn58Bi/Sn3.0Ag0.5Cu/ Sn58Bi/Cu微焊点制备 12
2.3电迁移实验 13
2.4微观组织观察 14
第三章 实验结果与分析 15
3.1高电流密度下的电迁移现象 15
3.2不同通电时间下的电迁移效应 17
3.2.1 Cu/Sn58Bi/Cu 17
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2. 2 Cu/Sn58Bi/Sn3.0Ag0.5Cu/ Sn58Bi/Cu 21
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
随着电子信息工业以每年超过 20%的速度迅猛发展，截止至2003 年时，电子信息产业已经在我国受到了应有的重视，跃居成为我国工业的第一大产业，年销售额度也不断增加达到 18800 亿元。电子信息产业的总体规模已经位居世界第三，并且将继续保持高速的增长势头[1]，未来几年，国民经济任将继续保持高速发展，我国在不久的将来必定逐渐成为世界 IC 生产的主要基地和主要消费的市场。但由于芯片的设计、制造和封装是电子信息工业的关键技术，为满足电子产品向着小型化、轻量化、便携化、高精度及高可靠性的方向发展，芯片的制造技术要求更高。而相对应的焊接接头的尺寸越来越小，许多接头的尺寸常常不足1mm2。间距也可能仅有零点几毫米，且尺寸仍在不断减小。传统的电子封装行业使用的是SnPb 共晶焊料，Sn和Pb在地球的储量丰富，且焊接润湿性好，其在电子封装技术中占有不可一世的地位。随着人类环保意识的增强，含铅焊料的负面影响日益突出逐渐知晓铅会对环境造成严重污染以及可能危害人类健康，因此开发无铅焊料，寻求适合SnPb 焊料的无铅替代品势在必行。
1.1 电子封装无铅化
1.1.1 微电子封装无铅化
随着生产生活中对电子产品的性能需求度越来越高，许多过时的电子产品因为性能跟不上而被抛弃及掩埋处理。然而电子产品所用封装材料中的所含的铅则很可能渗入地下而污染土壤，甚至污染水源，造成环境被重度污染。一旦铅元素通过水以及食物进入人体内，就极有可能进入血液并积累起来，使人铅中毒。研究表明少量的铅即可导致儿童神经系统紊乱，影响智力和正常发育[2]。
由于铅会对环境造成严重污染以及可能危害人类健康，欧盟、美国、日本等国纷纷通过制定法律和确立标准等措施来限制和禁止铅类有毒有害物质的使用。2003 年，欧盟在其《官方公报》先后公布《废旧电气电子设备指令》（Directive on Waste from Electrical and Electronic Equipment,简称WEEE指令）和《电子电器设备中限制使用某些有害物质指令》（Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment,简称RoHS指令[34], 明确规定了从2006年7月1日起，全面禁止使用铅等六大类有毒有害物质的电子产品进入欧盟国家。日本的无铅化发展主要是跟随者该国的产品的发展的，日本通商产业省（MITI）提出了类似欧盟所制定的法规，该法案规定用户可以将报废设备退还给出售处，让零售商回收处理，所需费用由商品制造厂家和进口商共同承担。该法案于2001年4月开启。中国信息产业部联合发改委等六部委也已于2006年2月28日颁布《电子信息产品污染控制管理办法》，禁止已加入到管理办法目录内的电子信息产品使用铅等六大类有毒有害物质，该办法从2007年3月1日开始实施[56]。因为这些法律法规的颁布及实施，使得电子封装所需材料进入了无铅化进程，同时也引发了无铅钎料开发、应用以及可靠性研究的一个新的开端。
无铅焊料虽然从源头缓解了铅污染的问题，但是无铅焊料的熔点突变偏高，比锡铅钎料高了近四十多摄氏度，这就带来了钎焊工艺温度升高而导致焊料氧化及金属间化合物生长过快等问题。其次是无铅钎料的润湿性能不足，容易导致封装焊点的自校准能力、抗拉强度、剪切强度达不到要求。由于电子封装材料无铅化技术还没有发展成熟，无铅焊点可靠性方面仍然有着一些需要解决的问题，所以需要对该技术进行更深入研究。
1.1.2 无铅焊料的概述
目前，国际上公认的无铅钎料定义[7]是：以Sn为基体，添加了Ag,Cu, Sb, In,Zn以及Bi等等其他合金元素，而Pb的质量分数在0.1%以下的主要用于电子组装的软钎料合金。而对无铅钎料代替物的要求[814]有：
（1）全球储量足够。由于市场所需钎料的量十分巨大，所以一些储量较小的元素只能作为无铅钎料中添加的微量元素。
（2）无毒性。从某种角度来讲，一些替代元素仍然是有毒的，如Ge之类元素，然而其毒性比铅弱很多，而如果改变毒性标准，则还会有另外一些元素也被认为是有毒的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 电子封装无铅化 1
1.1.1 微电子封装无铅化 1
1.1.2 无铅焊料的概述 2
1.1.3 复合焊料 4
1.2 电迁移理论 4
1.2.1 电迁移定义 4
1.2.2 电迁移的物理机制 4
1.2.3 影响电迁移的因素 5
1.2.4 国内外研究现状 6
1.2.5可靠性研究 9
1.3 本论文的研究目的和内容 9
1.3.1研究目的 9
1.3.2研究内容 9
第二章 实验方案及研究方法 10
2.1引言 10
2.2 试样的制备 10
2.2.1 Cu/Sn58Bi/Cu微焊点制备 10
2.2.2 Cu/Sn58Bi/Sn3.0Ag0.5Cu/ Sn58Bi/Cu微焊点制备 12
2.3电迁移实验 13
2.4微观组织观察 14
第三章 实验结果与分析 15
3.1高电流密度下的电迁移现象 15
3.2不同通电时间下的电迁移效应 17
3.2.1 Cu/Sn58Bi/Cu 17
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2. 2 Cu/Sn58Bi/Sn3.0Ag0.5Cu/ Sn58Bi/Cu 21
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
随着电子信息工业以每年超过 20%的速度迅猛发展，截止至2003 年时，电子信息产业已经在我国受到了应有的重视，跃居成为我国工业的第一大产业，年销售额度也不断增加达到 18800 亿元。电子信息产业的总体规模已经位居世界第三，并且将继续保持高速的增长势头[1]，未来几年，国民经济任将继续保持高速发展，我国在不久的将来必定逐渐成为世界 IC 生产的主要基地和主要消费的市场。但由于芯片的设计、制造和封装是电子信息工业的关键技术，为满足电子产品向着小型化、轻量化、便携化、高精度及高可靠性的方向发展，芯片的制造技术要求更高。而相对应的焊接接头的尺寸越来越小，许多接头的尺寸常常不足1mm2。间距也可能仅有零点几毫米，且尺寸仍在不断减小。传统的电子封装行业使用的是SnPb 共晶焊料，Sn和Pb在地球的储量丰富，且焊接润湿性好，其在电子封装技术中占有不可一世的地位。随着人类环保意识的增强，含铅焊料的负面影响日益突出逐渐知晓铅会对环境造成严重污染以及可能危害人类健康，因此开发无铅焊料，寻求适合SnPb 焊料的无铅替代品势在必行。
1.1 电子封装无铅化
1.1.1 微电子封装无铅化
随着生产生活中对电子产品的性能需求度越来越高，许多过时的电子产品因为性能跟不上而被抛弃及掩埋处理。然而电子产品所用封装材料中的所含的铅则很可能渗入地下而污染土壤，甚至污染水源，造成环境被重度污染。一旦铅元素通过水以及食物进入人体内，就极有可能进入血液并积累起来，使人铅中毒。研究表明少量的铅即可导致儿童神经系统紊乱，影响智力和正常发育[2]。
由于铅会对环境造成严重污染以及可能危害人类健康，欧盟、美国、日本等国纷纷通过制定法律和确立标准等措施来限制和禁止铅类有毒有害物质的使用。2003 年，欧盟在其《官方公报》先后公布《废旧电气电子设备指令》（Directive on Waste from Electrical and Electronic Equipment,简称WEEE指令）和《电子电器设备中限制使用某些有害物质指令》（Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment,简称RoHS指令[34], 明确规定了从2006年7月1日起，全面禁止使用铅等六大类有毒有害物质的电子产品进入欧盟国家。日本的无铅化发展主要是跟随者该国的产品的发展的，日本通商产业省（MITI）提出了类似欧盟所制定的法规，该法案规定用户可以将报废设备退还给出售处，让零售商回收处理，所需费用由商品制造厂家和进口商共同承担。该法案于2001年4月开启。中国信息产业部联合发改委等六部委也已于2006年2月28日颁布《电子信息产品污染控制管理办法》，禁止已加入到管理办法目录内的电子信息产品使用铅等六大类有毒有害物质，该办法从2007年3月1日开始实施[56]。因为这些法律法规的颁布及实施，使得电子封装所需材料进入了无铅化进程，同时也引发了无铅钎料开发、应用以及可靠性研究的一个新的开端。
无铅焊料虽然从源头缓解了铅污染的问题，但是无铅焊料的熔点突变偏高，比锡铅钎料高了近四十多摄氏度，这就带来了钎焊工艺温度升高而导致焊料氧化及金属间化合物生长过快等问题。其次是无铅钎料的润湿性能不足，容易导致封装焊点的自校准能力、抗拉强度、剪切强度达不到要求。由于电子封装材料无铅化技术还没有发展成熟，无铅焊点可靠性方面仍然有着一些需要解决的问题，所以需要对该技术进行更深入研究。
1.1.2 无铅焊料的概述
目前，国际上公认的无铅钎料定义[7]是：以Sn为基体，添加了Ag,Cu, Sb, In,Zn以及Bi等等其他合金元素，而Pb的质量分数在0.1%以下的主要用于电子组装的软钎料合金。而对无铅钎料代替物的要求[814]有：
（1）全球储量足够。由于市场所需钎料的量十分巨大，所以一些储量较小的元素只能作为无铅钎料中添加的微量元素。
（2）无毒性。从某种角度来讲，一些替代元素仍然是有毒的，如Ge之类元素，然而其毒性比铅弱很多，而如果改变毒性标准，则还会有另外一些元素也被认为是有毒的。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/197.html
