岳武
,
秦红波
,
周敏波
,
马骁
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00101
利用SEM观察、聚焦离子束(FIB)微区分析和有限元模拟对比研究了直角型和线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在高电流密度下(1.5×104A/cm2)的电迁移行为, 从原子扩散距离和微区域电阻变化及阴阳极物相变化的角度研究了焊点结构变化对电迁移影响的机理. 结果表明, 2种焊点通电112和224 h后均发生了Bi向阳极迁移并聚集及 Sn在阴极富集的现象; 直角型焊点阳极由于Bi聚集后膨胀而产生压应力进而导致小丘状凸起和微裂纹出现, 而阴极存在拉应力引发凹陷和微裂纹, 且沿界面呈非均匀变化. 微区组织分析表明, 电迁移作用下焊点内部 Bi原子的扩散速度大于Sn原子的扩散速度. 观察分析和模拟结果还表明, 具有结构不均匀性的直角型焊点中电子流易向电阻较小区域聚集而产生电流拥挤效应, 这是引起直角型焊点电迁移现象严重的根本原因.
关键词:
焊点结构
,
electromigration
,
microstructural evolution
,
SnBi solder
,
current crowding effect
周敏波
,
李勋平
,
马骁
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2009.00566
利用差示扫描量热分析法结合焊点回流过程,研究了无Pb钎料Sn-3.5Ag与Cu基底构成的Sn-3.5Ag/Cu体系模拟焊点中早期界面反应及焊点形成过程中钎料熔化和凝固特性.结果表明,加热过程中Cu向钎料合金侧的固态原子扩散导致界面生成低熔点Sn-Ag-Cu三元合金,使焊点界面在低于Sn-3.5Ag钎料熔点温度近4℃时即开始熔化;早期界面反应促使润湿过程提早发生并生成了一定厚度的扇贝状Cu-Sn型金属间化合物(IMC),原体系转变为Sn-Ag-Cu/Cu体系;转变后的焊点体系在IMC的非均匀形核作用下具有较低的过冷度.
关键词:
无Pb钎料
,
界面反应
,
金属间化合物
,
过冷度
李勋平
,
周敏波
,
夏建民
,
马骁
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00063
研究了焊盘材料界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu(Ni)BGA(Ball Grid Array)结构焊点焊后态和125℃等温时效过程中界面金属间化合物(IMC)的成分、形貌和生长动力学的影响.结果表明,凸点下金属层(UBM)Ni界面IMC的成分与钎料中Cu含量有关,钎料中Cu含量较高时界面IMC为(Cu,Ni)6Sn5,而Cu含量较低时,则生成(Cu,Ni)3Sn4;Cu-Ni耦合易导致Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni焊点中钎料/Ni界面IMC异常生长并产生剥离而进入钎料.125℃等温时效过程中,Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率常数随钎料中Cu含量增加而提高,Cu-Cu耦合降低一次回流侧IMC生长速率常数;Cu-Ni耦合和Ni-Ni耦合均导致焊点一次回流Ni侧界面IMC的生长速率常数增大,但Ni对界面IMC生长动力学的影响大于Cu;Ni有利于抑制Cu界面Cu3Sn生长,降低界面IMC生长速率,但Cu-Ni耦合对Cu界面Cu3Sn中Kirkendall空洞率无明显影响.
关键词:
无铅焊点
,
界面耦合
,
金属间化合物
,
Kirkendall空洞
,
剥离现象
岳武
,
秦红波
,
周敏波
,
马骁
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00101
利用SEM观察、聚焦离子束(FIB)微区分析和有限元模拟对比研究了直角型和线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在高电流密度下(1.5×104A/cm2)的电迁移行为,从原子扩散距离和微区域电阻变化及阴阳极物相变化的角度研究了焊点结构变化对电迁移影响的机理.结果表明,2种焊点通电112和224h后均发生了Bi向阳极迁移并聚集及Sn在阴极富集的现象；直角型焊点阳极由于Bi聚集后膨胀而产生压应力进而导致小丘状凸起和微裂纹出现,而阴极存在拉应力引发凹陷和微裂纹,且沿界面呈非均匀变化.微区组织分析表明,电迁移作用下焊点内部Bi原子的扩散速度大于Sn原子的扩散速度.观察分析和模拟结果还表明,具有结构不均匀性的直角型焊点中电子流易向电阻较小区域聚集而产生电流拥挤效应,这是引起直角型焊点电迁移现象严重的根本原因.
关键词:
焊点结构
,
电迁移
,
组织演变
,
SnBi钎料
,
电流拥挤效应
马文婧
,
柯常波
,
周敏波
,
梁水保
,
张新平
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2014.00525
采用二元合金晶体相场模型模拟研究了Sn/Cu互连体系Cu/Cu3Sn界面及金属间化合物层中Kirkendall空洞形成和形貌演化及长大过程,对Kirkendall空洞生长的微观机制进行了剖析,同时还模拟和分析了界面Cu3Sn层厚度和杂质含量对Kirkendall空洞形貌和生长动力学的影响.研究表明,Kirkendall空洞的生长过程由4个阶段组成:Cu/Cu3Sn界面形成大量原子错配区,原子错配区迅速成长为空洞,空洞的长大及随后的空洞合并生长.Kirkendall空洞优先在Cu/Cu3Sn界面处形核,其尺寸随时效时间的延长而增大,并在时效后期空洞的生长伴随有空洞的合并.Cu3Sn层厚度增加和杂质含量增多均使得Kirkendall空洞数量和生长指数增加以及尺寸增大,并且2种情况下空洞数量随时间的变化均呈现先增后减的规律.
关键词:
Kirkendall空洞
,
金属间化合物
,
生长动力学
,
组织演化
,
晶体相场法
马文婧
,
柯常波
,
梁水保
,
周敏波
,
张新平
中国有色金属学报(英文版)
doi:10.1016/S1003-6326(17)60067-0
采用晶体相场法研究了二元合金形变过程中界面Kirkendall空洞的形貌演化和生长过程.研究表明,Kirkendall空洞优先在界面处形核,空洞尺寸随着演化时间和应变速率的增加而增大.在恒定和循环应变速率较大时,空洞发生明显的合并生长.当循环应变速率大于1.0×10?6时,空洞生长指数随应变速率的增加而增大;当循环应变速率小于9.0×10?7时,空洞生长指数随着应变速率的增加呈先增大后减小的变化规律.在相同的循环应变速率不同循环周期长度情况下,空洞生长指数随着循环周期长度的增加呈先增大后减小的变化规律.
关键词:
Kirkendall空洞
,
二元合金
,
晶体相场方法
,
生长指数
,
形变
周敏波
,
马骁
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00636
采用差示扫描量热法将焊点的熔化行为表征与焊点回流焊工艺相结合,研究了球栅阵列(BGA)结构单界面Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在钎料熔化温度附近等温时效形成局部熔化焊点时的界面反应及界面金属间化合物(IMC)的生长行为.结果表明,在钎料熔点217℃时效时,焊点中钎料基体仅发生界面局部熔化;而在稍高于熔点的218℃时效时,焊点钎料基体中全部共晶相和部分β-Sn相发生熔化,且Cu基底层的消耗量显著增大,绝大部分Cu基底直接溶蚀进入钎料基体并导致界面IMC净生长厚度相对217℃时效时减小;等温时效温度升高至230℃时,焊点中钎料基体全部熔化,界面IMC厚度达到最大值.界面IMC的生长动力学研究结果表明,界面Cu6Sn5和Cu3Sn层的生长分别受晶界扩散和体积扩散控制,但界面IMC层的晶界凹槽、晶粒粗化和溶蚀等因素对其生长行为也有明显影响.
关键词:
无铅微焊点
,
界面反应
,
金属间化合物
,
生长动力学
,
差示扫描量热法
柯常波
,
周敏波
,
张新平
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00415
运用多相场模型模拟了Sn/Cu互连体系中晶界扩散系数DGB及界面初生金属间化合物(IMC)相(η相)与液相Sn(L相)间界面能σηL对界面Cu6Sn5组织演化和生长动力学行为的影响.研究表明,界面IMC层Cu6Sn5晶粒以紧密排列的扇贝状形貌存在,其扇贝状形貌同时受DGB和σηL的竞争性影响.IMC的生长过程由3阶段组成:Cu6Sn5晶粒快速生长铺满Cu基底阶段、Cu6Sn5晶粒转变为扇贝状形貌的过渡阶段以及Cu6Sn5层增厚和晶粒粗化同时进行的正常生长阶段.IMC层厚度随DGB增大而增加,随σηL增大而减小;而Cu6Sn5晶粒的平均横向粒径随DGB增大而减小,随σηL增大而增加.界面Cu6Sn5层厚度和晶粒横向粒径随反应时间呈指数规律变化,采用较大DGB和晶界能σGB=2σηL获得的生长指数符合理想的固/液界面反应的生长过程.
关键词:
金属间化合物
,
生长动力学
,
组织演化
,
界面反应
,
相场模拟
