电子软钎焊连接技术:材料

1 导论 1.1 焊料接头简介 1.2 无铅焊料 1.2.1 共晶无铅焊料 1.2.2 高温无铅焊料 1.3 焊料焊接技术 1.3.1 表面贴装技术 1.3.2 针通孔插装技术 1.3.3 可控塌陷倒装芯片焊接技术 1.4 软钎互连技术中的可靠性问题 1.4.1 锡须 1.4.2 芯片直接贴装中界面金属间化合物的剥落 1.4.3 热机械应力 1.4.4 冲击断裂 1.4.5 电迁移和热迁移 1.4.6 基于非平衡热力学的可靠性科学 1.5 电子封装的未来趋势 1.5.1 小型化趋势 1.5.2 集成封装的发展趋势--SIP,SOP与SOC 1.5.3 芯片-封装相互作用 1.5.4 无焊料接头 参考文献 2 块体样品中的铜锡反应 2.1 引言 2.2 SnPb共晶焊料在Cu箔上的润湿反应 2.2.1 笋钉状Cu6Sn,与Cu之间的晶体学关系 2.2.2 Cu在与SnPb共晶焊料钎焊反应中的消耗速率 2.3 SnPb焊料在Cu箔上的润湿反应与焊料成分的函数关系 2.4 纯sn在Cu箔上的润湿反应 2.5 Sn-Pb-Cu三元相图 2.5.1 200℃和170℃的Sn-Pb-Cu三元合金相图 2.5.2 5Sn95Pb/Cu反应和350℃的Sn-Pb-Cu三元合金相图 2.6 共晶SnPb在Cu箔上的固态反应 2.7 润湿和固态反应的对比 2.7.1 润湿反应和固态老化的形貌 2.7.2 润湿反应和固态老化的动力学 2.7.3 由吉布斯自由能变化速率控制的反应 2.8 无铅共晶焊料在厚Cu凸点下金属化层上的润湿反应 参考文献 3 薄膜样品中的铜锡反应 3.1 引言 3.2 Sn/Cu双层薄膜中的室温反应 3.2.1 掠入射X射线衍射的物相分析 3.2.2 Cu6Sn5和CulSn的生长动力学 3.2.3 铜是扩散主元 3.2.4 Cu6Sn5和Cu3Sn连续形成的动力学分析 3.2.5 界面反应系数的原子模型 3.2.6 Cu和sn薄膜中应变的测量 3.3 SnPb共晶钎料在Cu薄膜上润湿反应中的剥落现象 3.4 高铅钎料在Au/Cu/Cu-Cr薄膜上无剥落现象 3.5 SnPb共晶钎料在Au/Cu/Cu-Cr薄膜上的剥落现象 3.6 SnPb共晶钎料在Cu/Ni（V）/Al薄膜上无剥落现象 3.7 snAgCu共晶钎料在Cu/Ni（V）/Al薄膜上的剥落现象 3.8 由焊料接头的相互作用导致的剥落增加现象 3.9 V形凹槽表面薄膜涂层上的尖端润湿反应 参考文献 4 倒装芯片焊料接头中的Cu-Sn反应 4.1 引言 4.2 倒装芯片焊料接头和复合焊料接头处理 4.3 倒装芯片焊料接头上的化学反应 4.4 电迁移引起的Cu-Sn金属间化合物的加速溶解 4.5 焊料接头中电、热迁移引起的加速相分离 4.6 SnPb合金体扩散偶的热稳定性 4.7 芯片-封装相互作用引起的热应力 4.8 倒装芯片焊料接头设计与材料选择 参考文献 5 扩散通量驱动铜锡笋钉状金属间化合物熟化的动力学分析 5.1 引言 5.2 润湿反应中笋钉状金属间化合物生长的形貌稳定性 5.3 单个半球晶粒生长的简单模型 5.4 表面积为常数的不守恒熟化理论 5.5 笋钉状晶粒的尺寸分布 5.5.1 Cu6Sn5形貌对焊料组分的依赖性 5.5.2 笋钉状晶粒的尺寸分布与平均半径 5.6 笋钉状晶粒间的纳米沟道 参考文献 6 锡须的自发生长理论及预防措施 6.1 引言 6.2 自发生长锡须的形貌 6.3 在Sn须生长中由Cu-Sn反应引起的应力（驱动力） 6.4 Sn表面氧化物层对应力梯度产生和晶须生长的影响 6.5 同步辐射微衍射法测量应力分布 6.6 蠕变诱导的锡须生长中的应力松弛：氧化物破坏模型 6.7 不可逆过程 6.8 晶界扩散控制的晶须生长的动力学 6.9 锡须生长的加速试验 6.10 锡须自发生长的预防 参考文献 7 镍、钯、金与焊料的反应 7.1 引言 7.2 块体镍与薄膜镍上的焊料反应 7.2.1 共晶SnPb与化学镀镍（磷）间的反应 7.2.2 无铅共晶焊料与化学镀镍（磷）间的反应 7.2.3 （Cu,Ni）6Sn5与（Ni,Cu）3Sn4的形成 7.2.4 柯肯达尔孔洞的形成 7.3 块体钯和薄膜钯上的焊料反应 7.3.1 共晶SnPb与钯箔（块体）间的反应 7.3.2 共晶SnPb和钯薄膜间的反应 7.4 块体金与薄膜金上的焊料反应 7.4.1 共晶SnPb和金箔间的反应 7.4.2 共晶snPb与金薄膜间的反应 参考文献 8 电迁移的基本原理 8.1 引言 8.2 金属互连中的电迁移现象 8.3 电迁移现象中电子风的力的作用 8.4 有效电荷数的计算方法 8.5 背应力和电迁移的相互作用与影响 8.6 临界长度、临界积值和有效电荷数的测量 8.7 为什么在电迁移中存在背应力 8.8 由电迁移引起的背应力的测量 8.9 电流集聚效应和电流密度梯度力 8.10 各向异性导体白锡中的电迁移 8.11 各向异性导体中晶界的电迁移 8.12 交流电迁移 参考文献 9 倒装芯片焊点中的电迁移 9.1 引言 9.2 倒装芯片焊点电迁移中的独特现象 9.2.1 焊料合金的低临界积值 9.2.2 倒装芯片焊点中的电流集聚效应 9.2.3 共晶焊点中的相分离 9.2.4 电流密度可变化范围小 9.2.5 凸点下金属化层对电迁移的影响 9.3 倒装芯片焊点中电迁移的失效形式 9.4 倒装芯片共晶焊点的电迁移 9.4.1 在共晶锡铅倒装芯片焊点上的电迁移 9.4.2 在共晶锡银铜倒装芯片焊点中的电迁移 9.4.3 使用纳米压痕面阵列分析标记物运动 9.4.4 倒装芯片焊点的平均失效时间 9.4.5 共晶锡铅和共晶锡银铜倒装芯片焊点之间的比较 9.4.6 接触界面处扁平型孔洞生长的动力学分析 9.4.7 倒装芯片焊点的时变熔化 9.5 倒装芯片复合材料焊点中的电迁移 9.5.1 复合材料焊点中的凸点下薄膜铜 9.5.2 复合材料焊点中的凸点下厚膜铜 9.6 铜质凸点下金属化层厚度对电流集聚和失效模式的影响 9.6.1 铜柱凸点 9.6.2 近理想化的倒装焊点设计 9.7 共晶两相合金焊料中电迁移诱导的相分离现象 9.7.1 在两相结构中电迁移导致的背应力 9.7.2 在两相结构中电迁移诱导的柯肯达尔转变 9.7.3 两相结构中电迁移的随机趋势 参考文献 10 电迁移在焊料反应中的极化作用 10.1 引言 10.2 V形槽样品的制备 10.3 阳极处金属间化合物生长的极化效应 10.3.1 无电流情况下金属间化合物的形成 10.3.2 阳极和阴极金属间化合物在电流作用下的生长 10.3.3 电流与温度对金属间化合物的厚度变化的影响作用 10.3.4 对V形槽样品中铜、镍和钯电极的比较 10.4 阴极金属间化合物生长时的极化效应 10.5 电迁移对金属问化合物竞争性生长的影响 参考文献 11 铜锡反应与电迁移引起的焊点韧脆转变 11.1 引言 11.2 电迁移对拉伸试验结果的影响 11.3 电迁移对剪切试验的影响 11.4 冲击试验 11.4.1 夏比（Charpy）冲击试验 11.4.2 测试焊料接头的微型夏比冲击试验设备 11.5 跌落试验 11.5.1 跌落试验标准--JESD22-Blll 11.5.2 封装板的竖直跌落和焊球上的扭矩 11.6 使用微型夏比冲击设备进行跌落试验 11.6.1 在微型夏比冲击设备中水平放置的芯片尺寸封装的跌落 11.6.2 在微型夏比冲击设备中垂直放置的芯片尺寸封装的跌落 11.7 蠕变和电迁移 参考文献 12 热迁移 12.1 引言 12.2 SnPb合金倒装芯片焊料接头中的热迁移 12.2.1 不通电的复合焊点中的热迁移 12.2.2 热迁移的原位观察 12.2.3 共晶两相结构中相分离的随机状态 12.2.4 未通电共晶锡铅焊料接头中的热迁移 12.3 热迁移原理 12.3.1 热迁移驱动力 12.3.2 熵增量 12.3.3 浓度梯度对热迁移的影响 12.3.4 纯金属中不出现热迁移的临界长度 12.3.5 共晶两相合金中的热迁移 12.4 倒装芯片焊料接头中的热迁移及直流电迁移 12.5 倒装芯片焊料接头中的热迁移及交流电迁移 12.6 焊料接头中的热迁移与化学反应 12.7 焊料接头中的热迁移与蠕变 参考文献 附录A 固体扩散机制中的空位扩散率 附录B 析出物的生长与熟化方程 附录C 电子风力亨廷顿模型的推导