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焊料合金低临界积值探究

【摘要】:让我们回到式中的“临界积值”。为了方便我们对铜、铝和锡铅共晶焊料之间的临界积值进行讨论,我们先来回顾一下相关内容。锡铅共晶焊料的电阻率比铝、铜的电阻率要大一个数量级,如表9.1所示。因此,在式(9.1)中,如果将Δx看作一个常量,那么引起锡铅共晶焊点中电迁移损伤所需的电流密度,比在铝和铜互连引线中所需要的电流密度要小2个数量级。这也正是倒装芯片焊点中电迁移问题如此严重的主要原因。

让我们回到式(8.22)中的“临界积值”。如果我们把Δσ用YΔε替换,其中Y是杨氏模量,Δε=0.2%是弹性极限,我们可以看到,“临界积值”是杨氏模量、电阻率及互连材料的有效电荷数的函数:

我们已经用体积模量,而不是杨氏模量来解释式(8.28)中背应力的产生。由于体积模量和杨氏模量是相关联的,所以为了方便起见,我们在这里使用杨氏模量来进行相关的演算。

为了方便我们对铜、铝和锡铅共晶焊料之间的临界积值进行讨论,我们先来回顾一下相关内容。锡铅共晶焊料的电阻率比铝、铜的电阻率要大一个数量级,如表9.1所示。锡铅共晶焊料的杨氏模量(30 GPa)是铝(69 GPa)和铜的(110 GPa)1/2~1/4倍。锡铅共晶焊料的有效电荷数(晶格扩散的Z*)比铝(晶界扩散的Z*)和铜(表面扩散的Z*)的有效核电荷数要大1个数量级。因此,在式(9.1)中,如果将Δx看作一个常量,那么引起锡铅共晶焊点中电迁移损伤所需的电流密度,比在铝和铜互连引线中所需要的电流密度要小2个数量级。如果引起铝和铜互连引线电迁移失效的电流密度为105~106 A/cm2,那么共晶焊点的电迁移失效电流密度为103~104 A/cm2。这也正是倒装芯片焊点中电迁移问题如此严重的主要原因。