Electromigration and Interfacial Studies of Eutectic SnIn Solder Reflowed on Various Substrates
文献类型：学位论文
| 作者 | John Paul Daghfal |
| 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 | In-Sn共晶 电迁移 偏析 界面 NiFe镀层 FeSn2 Ni3Sn4 电镀Ni 化学镀Ni-P |
| 其他题名 | Electromigration and Interfacial Studies of Eutectic SnIn Solder Reflowed on Various Substrates |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 为进一步提高对In-Sn共晶无铅焊料的认识，通过选用Cu、Ni、NiP，以及不同Fe含量的NiFe作为In-Sn共晶焊料的回流基体，研究了In-Sn共晶焊料与不同基体金属之间的界面反应，以及电流应力对In-Sn焊料/Cu互联和In-Sn焊料/Ni互联的影响。 研究了高密度电流所引起的In-Sn/Cu互联微观结构改变。加载电流后，Sn和In分别往相反的方向迁移，而在阳极和阴极之间形成富Sn和富In的相分离区。在阳极，Sn原子的富集在表面促进了大量柱状凸起析出，而In原子的流失则造成了富In的金属间化合物层的溶解和消失。在阴极，Sn的流失使得表面靠近富In区的地方产生凹陷，而阳极处因富In的金属间化合物层的消失所产生的净In流，促进了阴极处富In相的生长。 In-Sn/Ni互联体系中存在相似的电迁移作用。由于电迁移作用的存在，电流也导致了类似的相分离，但IMC的厚度却并未因电流的相分离作用而改变或增加。说明In-Sn/Cu互联中的相变化严格地受电迁移而非热迁移的控制。开展了In-Sn/Ni互连的时效和动力学实验，揭示了温度对IMC系统的影响。利用SEM和EDS分析获得了IMC的成份和微观结构特点。回流处理后，有 (Ni,In)Sn2 这一新的金属间化合物相产生，其生长速率与温度和时间呈抛物线规律。利用实验数据计算出n值，并根据该值讨论了反应激活能和反应速率控制机制。 In-Sn/Cu和In-Sn/NiP体系的生长动力学和介面研究结果与基体为电镀Ni的结果不同。比较而言，与In-Sn共晶焊料回流时，Cu作基体时的反应速度非常快，而NiP基体的反应速度和生长速度却很慢。有两种机制在固态条件下促进IMC的生长，具体是哪种机制取决于所选用的时效温度。Cu和NiP作基体时的激活能分别是44 kJ/mol和86kJ/mol。 通过对横截面微观结构的观察，研究了In-Sn焊料与Ni-10%Fe之间的介面反应。研究发现在电镀Ni基体中加入Fe后，会极大地改变焊料回流的介面反应和金属间化合物成分。经过回流处理后，可以在IMC中检测到两种相，即Ni3Sn4相和FeSn2相。时效条件下，IMC生长速度很快，形成两个连续的层。靠近基体部分的成分是Fe15Ni23In17Sn44，而靠近焊料部分的成分是Ni30In19Sn50。计算得出Ni/SnIn IMC和Ni10%Fe/SnIn IMC的固态激活能分别是114.74 kJ/mol and 43.97kJ/mol。 研究了Ni(x)Fe-SnIn（x=30, 55 at%）体系的界面反应。利用TEM和SEM观察了中间组成物的微观结构并确定了其化学成分。回流处理后，界面处有Ni3Sn4和FeSn2相生成，焊料中有Cu6Sn5相生成。退火处理后生成的IMC层具有双层结构，贴近NiFe金属的一层富Fe，而焊料处的一层则富Ni。动力学研究表明含Fe量为30%的体系，其表观激活能为51.8 kJ/mol，而含Fe量为55%的体系，其表观激活能为85.1 kJ/mol。在富Fe的体系当中，回流后会有球状的Ni3Sn4晶体生成，并且在退火后转变为多面方形结构。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 165 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17212]  |
| 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 | John Paul Daghfal. Electromigration and Interfacial Studies of Eutectic SnIn Solder Reflowed on Various Substrates[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。