βSn组织和晶粒取向对焊锡接头可靠性影响机理研究进展

• 作者: 李策 王冰光 畅旭峰 马兆龙 程兴旺
• 来源期刊: 机械工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: βSn 晶粒取向 可靠性 金属间化合物 位向关系
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 微纳连接界面与可靠性
• 页码范围: 203-222
• 页数: 20页
• 分类号: TG454
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2022.02.203

摘要

焊锡接头是集成电路中整合连接不同电子元器件的关键部位,在高电流密度、高低温循环、机械加载等恶劣服役条件下,会发生电迁移、热循环和机械疲劳等失效.由于单个焊锡接头仅包含少数取向随机的βSn晶粒且βSn具有严重的各向异性,焊锡接头的三类主要失效均受到βSn组织和晶粒取向的强烈影响.本文基于βSn的各向异性物理特性,深入分析了焊锡接头的电迁移、热循环及机械剪切疲劳失效机理,总结了βSn组织和晶粒取向影响各类失效的规律,明确了当βSn晶粒的c轴平行于电流方向时,焊锡接头的抗电迁移性能最差,而抗热循环性能最佳;但部分研究表明当βSn晶粒c轴垂直于基板时,焊锡接头的抗热循环性能较差;βSn组织和晶粒取向对焊锡接头抗机械剪切疲劳性能影响的研究较少,但已有的研究也表明两者之间存在较强关联.鉴于βSn组织和晶粒取向对焊锡接头可靠性的强烈影响,本文还梳理了近年来在焊锡接头βSn组织和晶粒取向调控方面的研究进展,包括利用异质形核剂、多晶及单晶Co基板、磁场及温度梯度等多种调控方法.最后,本文讨论了未来进一步提高焊锡接头可靠性的研究方向.