超声波作用对铸造轧制态Sn-58Bi钎料焊点电迁移行为的影响开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

近年来,电子通讯及相关电子产品正处于快速发展阶段,随着相关技术的成熟,电子封装行业的发展得到了进一步的推动,Sn-Pb钎料因Pb的有毒性而逐渐被无铅钎料替代,Sn-58Bi、Sn-0.7Cu和Sn-Ag焊料得到了广泛的研究。与Sn-58Bi钎料相比,Sn-Cu钎料存在熔化温度高、扩散性能差等缺点,Sn-Zn钎料还具有润湿性差、易氧化等特点。相比之下,Sn-58Bi无铅焊料由于其熔点低(139°C)、良好的扩散性能和无毒性而备受关注。

Sn-58Bi共晶合金钎料的熔点(139°C)低于传统的Sn-37Bi焊料(183℃),低熔点使其在分级封装中的外层封装和对温度敏感的材料钎焊中有很大的优势。不仅可以降低焊接材料间热膨胀不匹配引起的损害,还可以使一些不具有高温性能的电子元件和电路板得以使用,从而降低产品的成本。由于Bi本身很脆,使得合金脆性增大,延展性小,从而严重影响焊接接头性能,因此细化组织降低合金的脆性将显著提高Sn-58Bi的焊接力学性能。

电迁移现象作为焊点可靠性的重要问题,已成为国内外学者的热点研究课题。何洪文等通过Cu/Sn-Bi/Cu线性焊点进行通电,电流密度为5×103~1.2×104A/cm2,实验发现,随着电流密度的增加,阴极和阳极的IMC厚度都有所增加,而且在钎料基体的内部形成大量的块状的Cu6Sn5金属间化合物。刘春忠等研究了Sn-Bi/Cu焊点经120℃时效7天后的界面组织结构变化,研究发现焊点的界面IMC厚度经时效后从2μm增加到10μm,并且化合物也由原来单一的Cu6Sn5转变为Cu3Sn相。Yue等采用原位SEM观察、FIB微区分析和有限元(FE)模拟研究了非对称结构Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中电迁移引起的组织演变及其损伤。结果表明,非对称结构微焊点中富Bi相偏聚和微裂纹等电迁移现象远比对称焊点中严重;FIB-SEM微观分析结果显示非对称焊点中沿电流方向上各个微区内电阻差异是导致焊点截面上电流非均匀分布和严重电迁移问题的关键因素,理论分析和模拟结果均表明电流拥挤容易发生在焊点内微区电阻较小的位置。

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