【摘 要】
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随着各个国家对含铅的钎料禁止生产和使用,SnAgCu系新型无铅钎料性能优异,是人们认为代替含铅钎料的优异材料。在电子封装领域,微电子芯片焊接结构尺寸变得越来越小,这会导致模型中的电流密度增大,使得集成电路升温明显,最终会导致电迁移现象的发生。电迁移现象一般发生在电子元器件的焊接结构中,焊点的阴极产生孔洞,孔洞会影响元器件稳定性,导致焊接结构短路或断路、产生裂纹等现象,随着电迁移现象的加剧孔洞增大,
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随着各个国家对含铅的钎料禁止生产和使用,SnAgCu系新型无铅钎料性能优异,是人们认为代替含铅钎料的优异材料。在电子封装领域,微电子芯片焊接结构尺寸变得越来越小,这会导致模型中的电流密度增大,使得集成电路升温明显,最终会导致电迁移现象的发生。电迁移现象一般发生在电子元器件的焊接结构中,焊点的阴极产生孔洞,孔洞会影响元器件稳定性,导致焊接结构短路或断路、产生裂纹等现象,随着电迁移现象的加剧孔洞增大,电流密度与温度逐渐增加,又会反过来使电迁移现象加剧,最终导致元器件失真,甚至损毁。所以SnAgCu系钎料焊点的电迁移研究是十分必要的。本文首先研究了加入了微量稀土元素的低银SnAgCu系钎料Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE,在添加Ni元素的不同含量后对钎焊焊接接头性能的影响,结论为适量的Ni元素会增加焊料焊接的剪切强度,当添加Ni元素的浓度为0.1%时,焊料焊接接头的剪切强度最大,力学性能最优。且添加Ni元素对焊料的融化特性影响很小,有利于焊接。加入不同的Ni元素后,能增加焊接接头的使用寿命,且当添加Ni元素的含量为0.05%和1%时,焊接接头寿命明显增加。当今SnAgCu系无铅焊料的电迁移实验研究很多,但焊点模型数值模拟分析的仿真较少,所以本文用SnAgCu系钎料SAC305进行无铅焊点COMSOL软件热、电、力条件下的耦合仿真研究,构建了微电子封装领域常用的单柱体、三孔、三孔三柱、三明治焊点模型进行模拟数值计算,得出以下结论:（1）焊点温度会高于极板,将导致焊接模型变形,输入电压增加会使焊点焊接处电流密度、空间电荷密度、温度、应力增大,极易引发电迁移现象,甚至使元器件失效。（2）当球形空洞形成且半径随着电迁移的发生而增加时,焊接模型的电阻值会随之增加,导致元器件失真,与他人试验结果相吻合。（3）若元器件原本存在孔洞,孔洞会影响电流流动与分布,存在多个孔洞时,因为孔洞对电流的阻碍作用,第一个空洞左侧电流密度大于后面的所有空洞左侧的电流密度。（4）多Cu柱焊接结构说明了电流密度最大处位于距离电势输入处最近的焊球上下两侧的Cu极板处,焊球上下两侧电流密度随着与距离输入电压的距离依次递减,电流拥挤现象依次减弱,电流产生的焦耳热依次减小,焊球温度也随之递减。所以第一个焊球面临的电流与温度双重因素的压力,极易失效。（5）三明治焊接模型的电流密度最大点位于焊球与Cu极板接触处的电流流入与流出处,此处有电流拥挤现象。极其危险,两个相同尺寸的三明治焊接结构组合而成的新焊接结构,焊球中电流流出点的电流密度为单个三明治结构电流流出点的二分之一。可推广为多个相同的焊接结构相联立,在输入电压相同的条件下,焊接结构中固定点的电流密度为一个焊接模型的N分之一,N为焊接结构的个数。要调整电路输入端合适参数,否则单个焊点极其容易失效。
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