焦耳热不仅会增加焊料凸点的温度，从而增加电迁移速率，还可能在焊料凸点上产生小的温度差，从而导致热迁移。热迁移将在第12章中讨论。焊料接头中另一个非常独特和重要的电迁移行为是它有两个反应界面。图1.16所示为阴极接触界面处电迁移导致的失效的SEM横截面照片，其中额定电流密度约为2×104 A/cm2，试验温度为100℃。图1.16一组由倒装芯片焊料接头阴极处的电流拥挤造成的14μm厚的金属Cu的UBM层溶解导致的电迁移失效SEM照片......
2025-09-29
电迁移对剪切试验的影响分析
【摘要】：图11.5剪切试验中倒装芯片试样的光学照片对电迁移对焊料接头剪切行为的影响进行研究，图11.5所示为倒装芯片键合到有机基板上的组件的光学照片，其中大的白色箭头为施加在芯片上推动芯片的力，并对芯片和电路板间的焊料接头产生剪切力。图11.6所示为第二组施加电迁移的试样断口俯视图的SEM照片。剪切试验中菊花链交替失效的现象表明电迁移通过阴极界面处的孔洞形成弱化了阴极界面，这与拉伸试验的结果类似。
图11.5 剪切试验中倒装芯片试样的光学照片
对电迁移对焊料接头剪切行为的影响进行研究，图11.5所示为倒装芯片键合到有机基板上的组件的光学照片，其中大的白色箭头为施加在芯片上推动芯片的力，并对芯片和电路板间的焊料接头产生剪切力。在倒装芯片试样中，在硅片和基板间形成了菊花链型的复合焊料接头。复合材料由芯片侧的高铅焊料和基板侧的锡铅共晶焊料组成。在剪切试验中，将倒装芯片试样分成两组：第一组剪切前没有进行电迁移，应变速率为0.2μm/s。第二组在温度为155℃、电流密度为2.55×103 A/cm2条件下电迁移10 h，之后用相同的应变速率进行剪切试验[2]。
图11.6所示为第二组施加电迁移的试样断口俯视图的SEM照片。图11.6（a）所示为芯片侧，图11.6（c）所示为基板侧。这两个图中的字母A和B分别表示了通电菊花链中的两对焊料接头。图11.6（b）和图11.6（d）所示分别为这两对焊料接头的放大照片，它们呈现出交替断裂现象。其余未通电的焊料接头在高铅侧断裂，如图11.7（a）和图11.7（c）所示。图11.7所示为第二组试样在电迁移后剪切断裂的侧视图。图11.7（a）所示为芯片侧照片，图11.7（c）所示为基板侧照片。图11.7（b）和图11.7（d）分别是图11.7（a）和图11.7（c）的放大照片，箭头表示电子流动方向，电子在菊花链型焊料接头中向下、向上交替流动。
为了解释断裂模式，我们考虑到一个复合焊料接头包含了高铅区和共晶锡铅区。没有电迁移时，因为铅比共晶锡铅软，所以焊料接头在高铅区域失效。然而在电迁移后，不论阴极是高铅区域还是共晶锡铅区域，断裂总是发生在菊花链中的阴极界面处。剪切试验中菊花链交替失效的现象表明电迁移通过阴极界面处的孔洞形成弱化了阴极界面，这与拉伸试验的结果类似。
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图11.6 第二组施加电迁移的试样断口俯视图的SEM照片
（a）芯片侧；（b）芯片侧放大照片；（c）基板侧；（d）基板侧放大照片
图11.7 电迁移后剪切的第二组试样侧视图的SEM断层照片
（a）芯片侧照片；（b）芯片侧放大照片；（c）基底侧照片；（d）基底侧放大照片
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2025-09-29
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