釬焊界面氣泡演變行為及對界面反應的影響.pdf

1、隨著大規(guī)模集成電路不斷向高密度、高集成度、小尺寸方向發(fā)展，如何提高產品合格率和焊接可靠性已是當代電子制造業(yè)發(fā)展的關鍵技術和核心科學問題。影響電子器件可靠性的因素有很多，其中孔洞被公認為是焊點失效最主要的原因之一。焊點中的孔洞主要是回流焊過程中助焊劑等揮發(fā)物產生的氣泡滯留在熔融焊料中形成的。因此，對于提高電子器件的可靠性而言，深入了解焊點中孔洞的大小、形態(tài)、分布、形成機理和控制因素是非常重要和迫切的。這涉及到焊點中氣泡的形成、長大、運動及

2、隨后的聚集、合并、排出等相關問題。
　　本文選用Sn-0.7Cu和Sn-3.5Ag無鉛釬料為研究對象，利用同步輻射實時成像技術觀測了釬焊界面氣泡的演變行為。發(fā)現，釬焊固/液界面上的氣泡對界面IMC的生長有很大影響，氣泡通過影響原子擴散影響IMC生長行為，IMC生長也會影響氣泡生長、合并、上浮等行為。主要結論如下:
　　(1)氣泡在固液界面上異質形核比均質形核更容易，二種情況下形核臨界半徑均為:Rc=2σLG/3/pat+ρL

3、gh。但是，對于氣泡臨界形核體積卻有Vhe=Vhof(θ)。實驗得到f(θ)的值介于0.5和1之間，氣泡在界面上均質形核的臨界氣泡體積要比異質形核大1到2倍。使用同步輻射實時成像技術觀察到氣泡在界面上形核后，它的體積與釬焊溫度成正比。氣泡體積隨溫度的升高而增大。體積的增大使得相鄰的氣泡相互接觸最終合并為一個大氣泡。并且在表面張力的作用下，氣泡形狀最后成為半球形。
　　(2)釬焊界面IMC演化和界面氣泡是相互影響的。實驗結果顯示位于

4、氣泡下方的銅界面高于其它位置。同時，位于氣泡底端的IMC尺寸大于其他區(qū)域。氣泡體積越大它的影響區(qū)域越大。對釬焊界面反應實時觀察發(fā)現IMC的生長影響氣泡形狀的變化。當IMC厚度超過界面氣泡中心處時，氣泡形狀從半球形變?yōu)闄E圓形。當IMC溶解到氣泡中心以下時，氣泡恢復半球形。
　　(3)在熱遷移條件下，同步輻射實時成像發(fā)現隨著釬焊溫度升高，熱端和冷端IMC均開始生長，直到保溫初期熱端IMC開始逐漸溶解，在熱遷移作用下溶解的銅從熱端向冷端