影響焊點失效機制的因素
電遷移的本質(zhì)是電載荷的作用下金屬原子延電流的方向發(fā)生擴散遷移的現(xiàn)象，因此凡是直接或 間接影響金屬原子擴散遷移的因素都會影響焊點的電遷移失效。
焊點的電遷移效應(yīng)與焊球的直徑有很大關(guān)系，研究表明當(dāng)焊球直徑減小到30 μ m時，在 130℃，50 4 A/cm 2 的實驗條件下加載1000h后仍沒有電遷移效應(yīng)產(chǎn)生，并沒有出現(xiàn)因焊盤侵蝕或空洞形成而導(dǎo)致的失效。這主要時由于隨著焊點尺寸的減小，相同的電流密度下焊點發(fā)熱量較小，并且焊點的表面積與體積的比值變大導(dǎo)致焊點的散熱性變好。焊點電前一的失效問題本課題組也進行了研究，在120℃，1.7610 4 A/cm 2 的實驗條件對低銀微焊點進行了試驗，為加載58h后微觀形貌圖，可以看出焊點陰陽極化合物出現(xiàn)了明顯的極化效應(yīng)，但銅焊盤只是受到輕微侵蝕，這主要時因為本實驗采用的銅原子厚度為70 μ m，較厚的銅鍍層可以源源不斷的提供銅原子，在載荷的作用下相對于薄的同層有較長的失效壽命，此外銅層較原子的遷移速率較慢，可見電遷移實驗過程中焊點的失效壽命與失效形式與引線的厚度、寬度及UBM層結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。一些研究表明由于鎳具有較好的擴散阻擋能力可以阻礙焊盤金屬原子的擴散，鍍鎳浸金的表面處理具有較強的抗電遷移能力以致提高焊點的電遷移壽命。專家研究了電流密度對元素擴散系數(shù)的影響，結(jié)果表明電遷移的過程中焊點內(nèi)金屬原子的擴散系數(shù)隨電流密度的增加而增大，并且焊點陽極的擴散系數(shù)比陰極大。電遷移過程中金屬原子定向遷移導(dǎo)致陰極界面處形成空洞或裂紋陽極界面處形成原子堆積，陰極處由于金屬原子的遷出產(chǎn)生拉應(yīng)力，陽極處由于原子的擠入產(chǎn)生壓應(yīng)力，這樣焊點兩級處產(chǎn)生應(yīng)力梯度，應(yīng)力梯度的存在也會影響金屬原子的擴散。
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