收藏本站
《北京工业大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高电流密度下无铅焊点的蠕变和热疲劳行为

左勇  
【摘要】:电子封装技术在人类追求极致轻便的美好愿景下不断朝着微型化和高密度化的方向发展。作为电子封装结构中重要的连接结构,无铅焊点在二级封装中起到结构支撑、电气连接和热量耗散等多重作用,是影响整个电子封装系统可靠工作的重要环节之一。目前针对无铅焊点可靠性问题的研究主要集中在蠕变、热疲劳或电迁移等单个可靠性问题上,而对于多场耦合条件下的失效行为研究相对较少。事实上,随着焊点的尺寸逐渐减小,焊点上的电流密度加剧,电迁移问题成为突出的可靠性问题。在研究焊点蠕变和热疲劳问题时,也不能简单忽略电迁移过程的影响,电迁移造成焊点界面结构和显微组织的变化显著影响焊点的力学行为。因此,高电流密度条件下的蠕变或热疲劳行为研究才能揭示真实焊点的失效行为。目前已经有研究人员开始发展相关蠕变和电迁移耦合作用的理论,但仍需要大量的实验验证和数据支撑;热疲劳和电迁移耦合作用的研究更是鲜见报道。基于以上问题,本课题针对具有显著各向异性晶体结构的低银Sn0.3Ag0.7Cu和具有典型层片状共晶结构的低温Sn58Bi钎料焊点,开展了高电流密度条件下的蠕变和热疲劳行为研究。首先,以电迁移为基础,揭示电迁移过程中晶体取向的演变,界面金属间化合物(IMC)和基体IMC的生长和形成机理;然后,揭示电迁移显微结构对焊点蠕变和热疲劳行为的影响;最后,系统性的阐述高电流密度和应力载荷或温度循环载荷耦合作用时焊点的失效行为和机理。同时,为了更好的理解Sn晶体的再结晶和塑性行为,引入滑移线分析方法以建立滑移线(孪晶)和晶体滑移系(孪晶系)的联系。通过本课题研究发现,电迁移不能使Sn0.3Ag0.7Cu焊点中Sn晶粒的取向发生显著改变,但可以通过晶界滑移使局部晶粒产生微小角度的物理转动。Cu原子在Sn0.3Ag0.7Cu焊点中迁移路径具有选择性,倾向于沿着c轴与电子流动方向一致的Sn晶粒中迁移。电迁移导致Sn0.3Ag0.7Cu焊点界面IMC呈扁平化和多边化快速生长,形成显著极化效应,降低焊点剪切强度。Sn58Bi在电迁移时由于富Sn相和富Bi相的偏析和富集而粗化。温度循环时周期性应变使Sn0.3Ag0.7Cu焊点通过连续再结晶方式形成新的晶粒;基体中形成的IMC具有促进连续再结晶过程的作用。高电流密度与温度循环耦合作用时引起Sn0.3Ag0.7Cu焊点中Sn晶粒取向的明显转变,以非连续再结晶方式形成孪晶或大角度晶界。通过滑移线(孪晶)分析方法,建立了滑移系(孪晶)和滑移系(孪晶系)之间的联系,观察到了Sn0.3Ag0.7Cu焊点Sn晶粒中110}、211}和011}面上的滑移系开动与301}和101}面上孪晶。Sn0.3Ag0.7Cu焊点蠕变断裂机制由基体断裂主导;电迁移预处理和高电流密度与应力载荷耦合作用时蠕变断裂机制由基体向界面转变,导致蠕变速率增大。电迁移预处理焊点的双层平面状结构为裂纹提供了更多形核位置,并降低了裂纹沿界面扩展的能量势垒,从而使断裂路径转向界面断裂;高电流密度在裂纹形核之后产生电流拥挤效应,使裂纹尖端产生大量焦耳热造成局部区域钎料软化,导致裂纹更容易沿着界面扩展。多场耦合作用时,高电流密度具有缓解Sn58Bi焊点初期蠕变裂纹或疲劳裂纹萌生和扩展的作用;但是裂纹引起的电流拥挤效应加速电迁移发生,导致严重界面固态反应,最终引起焊点界面断裂失效。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN405

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘海波,邱广涛;电流密度传感器的研制[J];仪表技术与传感器;1990年03期
2 Ralph Raiola;新型触点技术提升了电流密度[J];今日电子;2005年07期
3 张剑如;;不同电流密度对直流电镀填盲孔的影响研究[J];印制电路信息;2014年04期
4 刘海侠,殷宏业,蔡志强;用探针法测定TIG电弧的电流密度[J];河北工程技术职业学院学报;2003年04期
5 单兴邦;蒋式勤;;基于VC++的心脏磁场伪电流密度图的设计与实现[J];硅谷;2010年24期
6 李志国,孙英华,邓燕,程尧海,郭伟玲,张万荣,张炜;Black方程中电流密度因子及精确测量技术的研究[J];电子学报;1998年02期
7 刘芳;孟光;赵玫;赵峻峰;;板级跌落碰撞下无铅焊点的可靠性研究[J];电子学报;2007年11期
8 蒋礼;张健;潘毅;伍晓霞;;电阻法测量无铅焊点蠕变的有效性实验研究[J];电子元件与材料;2011年09期
9 戚盛勇;李华;;几种电迁移(Electro migraion)寿命评估方法的探讨[J];集成电路应用;2003年11期
10 张蓓榕,孙沩;几种快速分析电迁移失效的新技术[J];微电子学与计算机;1993年03期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 潘海燕;苏飞;;无铅焊接材料电流密度数值模拟[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
2 王从思;平丽浩;徐惠娟;王孟;;多场耦合问题特性分析及研究现状[A];第二届中国科学院博士后学术年会暨高新技术前沿与发展学术会议程序册[C];2010年
3 李喜德;孙立娟;凌雪;;金纳米互连引线热疲劳行为的实验研究[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
4 刘恒阳;孙宁磊;宁晓辉;朱鸿民;;熔融氯化物中钛沉积的研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
5 卢秋虹;隋曼龄;李斗星;;孪晶片层尺寸对孪晶形变行为的影响[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年
6 齐靖远;;低碳位错马氏体中的局部孪晶[A];第三次中国电子显微学会议论文摘要集(二)[C];1983年
7 吴逸贵;李炎;陈全德;陈云贵;;M_7C_3晶体缺陷的HREM观察[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年
8 李晓雁;Jang Dongchan;Greer Julia;高华健;;纳米孪晶金属圆柱的塑性变形机制与断裂行为[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
9 刘善利;赵坚;盛金昌;;环境工程中多场耦合作用研究综述[A];中国岩石力学与工程学会废物地下处置专业委员会成立大会暨首届学术交流大会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 张哲浩;金属单晶体中孪晶变形强度与尺寸成反比[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 左勇;高电流密度下无铅焊点的蠕变和热疲劳行为[D];北京工业大学;2017年
2 符德学;Zn-Mn合金电镀工艺及其基础理论研究[D];中南大学;2001年
3 蒋礼;无铅焊点的热损伤电测理论及应用[D];中南大学;2009年
4 张志杰;微互连焊点液—固电迁移行为与机理研究[D];大连理工大学;2016年
5 张金松;纯锡覆层晶须生长及无铅焊点电迁移的研究[D];华中科技大学;2008年
6 何亮;基于噪声的金属互连电迁移表征方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 赵智军;电迁移引致薄膜导线力电失效的研究[D];清华大学;1996年
8 张元祥;多物理场下金属微互连结构的电迁移失效及数值模拟研究[D];浙江工业大学;2011年
9 张文杰;制造工艺对超深亚微米铝互连线电迁移可靠性的影响[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
10 豆雨辰;基于第一性原理和分子动力学的镁合金强韧化基础研究[D];重庆大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵永猛;微型无铅焊点电迁移行为研究[D];河南科技大学;2015年
2 李向阳;数控脉冲电喷镀工艺试验研究[D];南京农业大学;2014年
3 刘雪光;P110钢在H_2S/CO_2环境中的氢渗透行为研究[D];西南石油大学;2016年
4 张义;电流密度和FeSO_4对纯铝微弧氧化膜层结构及特性的影响[D];燕山大学;2016年
5 葛营;多场耦合条件下微型无铅焊点蠕变行为研究[D];河南科技大学;2015年
6 李钊;无铅焊点的高温力学行为及连接可靠性研究[D];太原理工大学;2016年
7 杨荣华;ULSI铜互连中电迁移可靠性研究及其工艺整合优化[D];复旦大学;2013年
8 赵元虎;无铅焊点电迁移诱致的界面化合物生长及失效研究[D];浙江工业大学;2015年
9 袁娇娇;铜互连线电迁移和锡须生长研究[D];华中科技大学;2014年
10 田爽;互连焊点热电耦合下的电迁移行为研究[D];江苏科技大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026