电迁移导致SnBi焊料互连结构中的界面转变：溶质偏析及其抑制和金属间化合物的形成
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨启亮 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 尚建库 |
| 关键词 | 电迁移 偏析 界面 Sn-Bi焊料 化学镀Ni-P 抑制 Sb |
| 其他题名 | Electromigration-induced Interfacial Transformations in SnBi Solder Interconnects: Solute Segregation, Segregation Inhibition, and Intermetallics Formation |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 随着电子产品向便携化、小型化、高性能化发展，集成电路的密度持续升高，相应的焊点中的电流密度也越来越高。在如此高密度电流作用下，焊料/基体界面附近焊料组织的变化以及焊料/基体界面本身组织的变化对于焊点结构的稳定性至关重要。本论文主要研究了高密度电流（>104A/cm2）对Sn-Bi/基体互连结构界面组织、可靠性的影响。由于Bi元素本身的脆性，通电中Bi元素往阳极界面的迁移对焊点的力学可靠性能造成了潜在的影响，对此研究了抑制Bi元素迁移的方法。高密度电流除了使Bi元素迁移外，对Sn/Ni-P互连结构中的阴、阳两极界面处金属间化合物的组织也有着甚大的影响。 在电流作用下，原位观察了Sn-Bi共晶中的Bi相迁移，并且在Sn-3.8Bi合金中分析了其迁移过程。在Sn-Bi共晶中，Bi相的溶解和析出过程同时发生，并在阳极金属间化合物前形成连续富Bi层，在阴极则形成富Sn相。通电后的Sn-Bi共晶/基体互连结构受到外力冲击时，会在连续富Bi层中发生断裂。由Sn-Bi共晶中的Bi相迁移速率同电流密度的关系，得到了实验温度下Sn-Bi共晶的Blech乘积因子和 值，分别为 =393A/cm和-3.5×10-11cm2/s。 为了探索抑制Bi相迁移和延迟阳极界面金属间化合物前沿富Bi层形成的方法，研究了Pb和Sb在Sn-Bi合金中对通电条件下Bi元素迁移的影响。当3wt%的Pb加入Sn-3Bi合金后，Bi元素在阳极界面处的偏析得到抑制。分析表明，Pb原子和Bi原子反应生成Pb-Bi金属间化合物抑制了Bi在Sn相中的迁移。当不同的Sb含量(1wt%，3wt%，5wt%) 被添加入Sn-Bi共晶时，Bi元素往阳极界面迁移的速率随着Sb元素含量的增加而降低，并且在Sb含量达到3wt%时，Bi元素的迁移速率降低到最低点，此时其迁移速率为Sn-Bi共晶中的57%。 电迁移不仅对界面附近的焊料组织产生影响，对焊料/基体界面本身的组织结构也有影响。在对通电情况下Sn/Ni-P互连结构中Ni-Sn金属间化合物和富P层在阴、阳极界面处生长情况的研究中，发现Ni-Sn金属间化合物的厚度在阳极增厚，但在阴极减薄；富P层的厚度则在阴、阳两极均增厚，并且在阴极增厚的速率大于在阳极增厚的速率。在阴极，电流有助于柱状晶Ni12P5层的生长，而在阳极，电流有助于非柱状晶Ni12P5层的生长。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 147 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17160]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨启亮. 电迁移导致SnBi焊料互连结构中的界面转变：溶质偏析及其抑制和金属间化合物的形成[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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