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Sn基无铅焊料电化学迁移行为研究

Sn基无铅焊料电化学迁移行为研究

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作者：齐笑大连理工大学

学位级别：硕士

电子产品的微型化使得集成电路不断向着高集成化、高性能化、高密度和小间距方向发展,这使得焊点或焊线间距减小。这不仅对电子产品的制造工艺提出了严苛的要求,也对电子产品服役可靠性提出了更严刻的要求。电子器件密集度的增加,间距... 详细信息

电子产品的微型化使得集成电路不断向着高集成化、高性能化、高密度和小间距方向发展,这使得焊点或焊线间距减小。这不仅对电子产品的制造工艺提出了严苛的要求,也对电子产品服役可靠性提出了更严刻的要求。电子器件密集度的增加,间距的减少也为电化学迁移(ECM)导致器件绝缘失效提供了便利条件,使其成为目前集成电路失效的常见原因之一。电化学迁移现象是指由于某一电极的溶解而形成金属离子,金属离子通过电解质运动到另一电极发生还原沉积形成金属沉积物的过程。电压、电极间距、电解质浓度等都是ECM的重要影响因素。本文采用水滴实验方法,基于Sn、Sn0.7Cu、Sn3Ag、Sn9Zn四种无铅钎料,选用1.5V、3V、5V、8V的外加电压,0.3mm、0.5mm及0.7mm的电极间距,0mM/L、1mM/L、30mM/L、500mM/L的NaCl溶液浓度,研究了电压、电极间距、NaCl溶液浓度对ECM行为的影响。主要结论如下:(1)ECM存在孕育期,孕育期内完成阳极溶解、离子迁移和累积,才可观察到阴极有树枝状ECM产物生成(主要为金属沉积物),当此产物从阴极生长至阳极时会造成阴阳极短路。Sn、Sn0.7Cu、Sn3Ag作为焊点或焊线时,产物成分为Sn和Sn氧化物;Sn9Zn作为焊点或焊线时,产物成分除Sn和Sn氧化物外,还含有Zn和ZnO。较小电压下,Sn9Zn抗电化学迁移性能较好;较大电压下,Sn9Zn抗电化学迁移性能急剧下降。(2)从实验开始到金属沉积物连通阴、阳极为止的时间称为ECM短路时间。本实验体系下,随电压升高,Sn、Sn0.7Cu、Sn3Ag和Sn9Zn ECM短路时间都随之减小。当电压化学迁移时,在1mM/L和500mM/L NaCl溶液浓度下,金属沉积物的形成机制是不同的(30mM/L NaCl溶液浓度下只形成沉淀,未形成金属沉积物)。1mM/L NaCl溶液浓度下,金属沉积物的形成是由于阳极溶解的金属离子在阴极的直接还原沉积造成的;500mM/L NaCl溶液浓度下,金属沉积物的形成是由于沉淀层溶解形成的[Sn(OH)]配合物离子在阴极的间接还原沉积造成的。

关键词：电化学迁移 Sn基无铅焊料电化学迁移产物行为机理

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