基于剪切力學行為下的BGA板級封裝可靠性.pdf

1、焊點作為連接芯片與基板的介質(zhì)，在電子封裝中扮演著至關重要的角色，在微電子產(chǎn)品的正常工作中，焊點在高溫和負載的交互作用下，一方面起到傳輸物理信號的作用，同時還提供著機械保護和熱傳導的作用。焊點內(nèi)各材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，極易在體釬料/IMC界面處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷并誘發(fā)熱疲勞裂紋的萌生及擴展，最終導致焊點以剪切斷裂的形式失效。因此，研究焊點的剪切力學行為顯得尤為迫切。
　　采用試驗的方法對Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.3Ag-0

2、.7Cu、Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce焊點施加剪切載荷，旨在研究加載速率(0.01mm/s、0.05 mm/s、0.5 mm/s、1 mm/s和2 mm/s)、焊點尺寸(500μm、700μm和900μm)、焊盤成分(Cu/SAC/Cu和Ni/SAC/Ni板級結(jié)構(gòu))和回流組裝順序(Cu/SAC/Ni和Ni/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu))以及時效處理（160℃下時效0天、10

3、天、20天、30天和40天）對BGA板級結(jié)構(gòu)焊點力學性能的影響規(guī)律，研究表明:四種單界面焊點的剪切強度和至斷位移均大于板級結(jié)構(gòu)中的焊點，板級結(jié)構(gòu)中添加稀土元素的低銀焊點剪切力學性能得到了很大的改善，基本與高銀焊點的剪切強度相當，尤其是Cu/SAC0307-0.07La-0.05Ce/Cu焊點的剪切強度表現(xiàn)更為突出。單板結(jié)構(gòu)中焊點斷裂在體釬料上，而板級結(jié)構(gòu)中焊點斷裂在體釬料/IMC的界面處。板級結(jié)構(gòu)中剪切斷裂與實際工況更為相近，斷口形貌充

4、分反應出其斷裂機理。
　　在Cu/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu)中，高銀焊點的剪切強度隨著加載速率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，另外三種焊點剪切強度持續(xù)增加。至斷位移均隨加載速率的增加而降低，但高銀焊點降幅較大。加載速率由低速向高速轉(zhuǎn)變時，高銀焊點的斷裂位置由體釬料/IMC處向IMC轉(zhuǎn)變;低銀焊點的斷裂位置則由體釬料向體釬料/IMC處轉(zhuǎn)變;加入稀土元素的低銀焊點的斷裂位置僅是在體釬料上向IMC方向上發(fā)生了一定的偏移。隨著焊點尺寸的減小，

5、焊點的剪切強度逐漸增加，至斷位移逐漸減小，剪切應變則呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，斷裂位置向體釬料轉(zhuǎn)移。
　　Ni/SAC/Ni板級結(jié)構(gòu)焊點的剪切強度和至斷位移均大于Cu/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu)焊點。Cu/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu)焊點斷裂在體釬料/IMC界面處，Ni/SAC/Ni板級結(jié)構(gòu)焊點斷裂位置均發(fā)生在體釬料上。Cu/SAC/Ni結(jié)構(gòu)中的剪切強度和至斷位移均低于Ni/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu)。對于Cu/SAC/Ni板級結(jié)構(gòu)焊點均斷在Cu/

6、SAC側(cè);對于Ni/SAC/Cu板級結(jié)構(gòu)焊點基本斷在Ni/SAC側(cè)。
　　Cu/SAC/Cu和Ni/SAC/Ni板級結(jié)構(gòu)焊點的剪切強度和至斷位移均隨時效時間的延長而降低，但Cu/SAC/Cu焊點的下降速率大于Ni/SAC/Ni焊點。在時效初期兩種結(jié)構(gòu)中焊點的剪切強度均出現(xiàn)了大幅降低。此外，在兩種結(jié)構(gòu)中，加入稀土元素的低銀焊點的抗時效能力優(yōu)于高銀焊點，表現(xiàn)出良好的剪切力學性能，尤其是Ni/SAC0307-0.07La-0.05Ce/