第33卷第2期 2012年2月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHE CHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.33 February
微量元素对无铅焊点电迁移性能的改善
王家兵，孙凤莲，刘洋
（哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨150040）
摘要：电迁移现象已经成为电子组装焊技术中最受关注的间题之一，焊点在高电流密度下的服役可靠性与焊点钎料成分有关，通过对比分析五种SnAgCu基无铅焊点在高电流密度下的服役表现，分析了添加微量元索对于电迁移现象的影响规律，结果表明，焊球承受一定电流作用之后，朗极金属间化合物（IMC)分解，铜焊盘受侵蚀，阳极形成大量脆性化合物Cu,Sns：根据IMC层的厚度变化，Sn3.0Ag0.5Cu的抗电迁移性能优于低银钎料：向低银钎料中加入微量元素Bi和Ni后，晶粒得到了明显的细化，界面
IMC层较薄，其抗电迁移的能力得到了明显的改善，关键词：低银；无铅钎料；电迁移；金属间化合物
中图分类号：TG425+.1文献标识码：A文章编号：0253-360X(2012)02-0029-04
0序言
钎料作为一种互连材料，在电子封装中担负着机械连接、电气连接和热交换等任务，应用在各级电子封装中，并起着非常重要的作用"，含铅钎料被禁止之后，SnAgCu系无铅钎料是最有可能替代 SnPb钎料的新型产品，是学者们研究的热点(2-4) 目前市场上应用较多的是Sn3.0Ag0.5Cu合金，但是其抗冲击性能较差、成本较高的缺点势必会影响其发展，研究者们已把目光投向了低银无铅料，相信会有更好的发展前景，很有可能取代高银无铅钎料成为主流产品。
电迁移现象是由于在电流作用下金属中的离子位移所致，是金属互连中的金属原子受到运动的电子作用引起的物质输运现象，近年来随着封装互连焊点日益极小化以及元器件微型化和精密化，电迁移已成为影响电子封装互连结构完整性和可靠性的一个严重间题，特别是对高银无铅钎料的电迁移间题，已引起广泛关注3]，而对低银无铅钎料电迁移行为的研究还未见报道，极化效应是互联焊点发生电迁移的最明显现象之一，电子封装中常采用贵金属或近贵金属作为凸点下金属（UBM），它们以间隙扩散方式快速扩散，而目前的钎料主要以锡基为主，
收稿日期：2010-12-08
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51075107；51174069）；黑龙
江省自然基金重点项目（15008002-09034）；哈尔滨市优秀学科带头人基金资助项目（2008RFXXG010）
万方数据
王家兵
No.2 2012
在室温下这些贵金属或近贵金属即可与锡反应面在界面生成金属间化合物)，在电流作用下，焊点阴极处电子从IMC流向钎料，而阳极处电子流动方向则刚好相反，所以电迁移加速了阴极IMC的分解，贵金属或近贵金属在阴极溶解后向阳极扩散而促进了阳极IMC的形成，这就是所谓的极化效应，阴极附近IMC的分解和阳极脆性IMC的形成，显著降低了凸点互连结构的机械强度，成为尺寸焊点的主要失效模式，文中以极化效应为理论依据，对五种钎
料的电迁移性能进行研究 1
试验方法
选用分析纯的锡、银、铜、镍和铋熔炼 Sn3.0Ag0.5Cu，LASAC（低银钎料，银含量<1%）， LASAC-Ni,LASAC-Bi和LASAC-BiNi五种钎料.熔炼结束后，将冷却的钰料重新熔炼三次，使得钰料尽可能的均匀
为方便试验，简化了实际的倒装芯片模型，电流加载示意如图1所示.采用FR4制备的试验芯片
电子移动方向
芯片
图1电流加载示意图
铜焊盘
Fig.1Schematic diagram of loading current