熱循環(huán)與老化條件下焊點(diǎn)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(wèn)題之一。隨著封裝密度的提高,釬料的體積越來(lái)越小,一個(gè)焊點(diǎn)可能由一個(gè)至幾個(gè)晶粒組成,晶粒的取向不同,會(huì)表現(xiàn)出明顯的各向異性,這種差異性的存在就會(huì)導(dǎo)致不同的晶粒數(shù)目以及不同的晶體取向?qū)更c(diǎn)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(shí)際的BGA器件作為實(shí)驗(yàn)材料,分別對(duì)它們進(jìn)行熱循環(huán)和老化實(shí)驗(yàn),對(duì)焊點(diǎn)的晶體取向及顯微組織變化進(jìn)行原位觀察。

2、通過(guò)對(duì)Sn-3.5Ag釬料搭接結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)進(jìn)行0℃到100℃的原位觀察發(fā)現(xiàn),不同晶體取向的焊點(diǎn)會(huì)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(diǎn)表現(xiàn)出相近的可靠性,焊點(diǎn)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(guò)對(duì)晶體取向演變機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn),晶體在滑移時(shí),外力將發(fā)生錯(cuò)動(dòng),產(chǎn)生一個(gè)力偶,迫使滑移面向拉伸軸平行方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)晶體還會(huì)以滑移面的法線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸,使滑移方向趨于最大切應(yīng)力方向,這就導(dǎo)致變形過(guò)程中原子之間的相對(duì)位置發(fā)生了改變,

3、從而表現(xiàn)出焊點(diǎn)晶體取向的變化。通過(guò)對(duì)大量焊點(diǎn)的可靠性進(jìn)行評(píng)估,從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律來(lái)看,單晶焊點(diǎn)的可靠性要比多晶焊點(diǎn)的可靠性更高一些,多晶焊點(diǎn)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(diǎn),可靠性相對(duì)較差,晶粒交織結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn),可靠性相對(duì)較高,不同晶體取向的單晶焊點(diǎn),它們的顯微硬度有較大差異,最大可相差27.9％。
　　本文對(duì)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(diǎn)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(huì)發(fā)生粗化現(xiàn)象,溫度越高,粗化的速度越快,無(wú)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(jī)理是兩個(gè)相鄰顆粒的吞并長(zhǎng)大以及由于原子擴(kuò)散引起的大顆粒逐漸長(zhǎng)大,小顆粒逐漸消失。通過(guò)焊點(diǎn)的晶體取向圖與微觀組織圖的對(duì)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(zhǎng),再結(jié)晶區(qū)域容易