無鉛釬料電化學遷移的原位觀察與研究.pdf

1、隨著印制電路板上電子器件集成密度的不斷提高，焊點除了由于散熱不好引起的熱疲勞等問題外，焊點之間發(fā)生的電化學遷移問題越來越為人們所關(guān)注，已經(jīng)成為電子封裝領(lǐng)域的一個重大課題。與此同時，人們的環(huán)保意識正在日益增強，美國、歐盟等國都相繼立法對鉛的使用進行嚴格限制，無鉛釬料的開發(fā)和應(yīng)用正受到越來越廣泛的重視。但是，對釬料尤其是無鉛釬料的電化學遷移過程開展研究還比較少，在我國基本上還是空白。本課題正是在這樣的背景下提出來的。 本文使用五種無

2、鉛釬料以及兩種含鉛釬料，制作了具有一定結(jié)構(gòu)的合金樣片和焊點樣片，利用定電壓法和掃描電壓法兩種水滴實驗方法以及環(huán)境模擬試驗方法，對電化學遷移過程進行了原位觀察和研究。 為了滿足課題開展要求，我們自行設(shè)計和建立了水滴實驗和環(huán)境模擬試驗裝置。水滴實驗裝置結(jié)構(gòu)合理，能夠滿足原位觀察和間距、外加電壓等條件實驗的要求，并利用該裝置進行了臨界短路失效電壓的測定；環(huán)境模擬試驗裝置具有密封良好，能夠長時間運行，并且實現(xiàn)樣片表面絕緣電阻連續(xù)測定的特

3、點，利用該裝置在溫度75℃、濕度99～100％RH和外加電壓100VDC條件下對四種具有代表性的釬料的焊點樣片進行了試驗，在120～200小時的時間范圍內(nèi)觀察到電化學遷移短路失效。 電化學遷移過程是一個復(fù)雜過程。本文從陽極溶解、離子遷移、電子轉(zhuǎn)移和電結(jié)晶等角度，對電化學遷移過程涉及的包括孕育期、短路失效時間、沉積物發(fā)生位置以及成長外形等在內(nèi)的諸多問題和現(xiàn)象進行了理論分析和解釋。 實驗結(jié)果表明，外加電壓和間距對短路時間有非

4、常顯著的影響。此外，在對各種釬料潤濕性能、電流-電位曲線、金相結(jié)構(gòu)以及各種合金元素的電位-pH平衡圖的基礎(chǔ)上，對釬料合金樣片和焊點樣片由于樣片結(jié)構(gòu)不同而表現(xiàn)出明顯短路時間差異的原因進行了分析?？傮w而言，無鉛釬料表現(xiàn)出比含鉛釬料更優(yōu)異的耐電化學遷移能力。 無鉛釬料電化學遷移的原位觀察與研究實驗還發(fā)現(xiàn)，對于每一種釬料，都存在一個臨界短路失效電壓，低于這個電壓時就不會發(fā)生電化學遷移短路失效現(xiàn)象。在0.15mm的水滴實驗條件下，我們對各