我们称这一现象为热迁移或电迁移诱发的“相分离的共晶效应”，而关于热迁移的内容将会在本书第12章进行论述。这两种合金以图4.5中150℃等温线上的A、B两点表示。因此，若焊料中热迁移或电迁移导致了分离，仅意味着体积分数梯度的改变，而非化学势梯度的改变。因此，相比于PbIn等单相合金中，组分的改变可导致浓度梯度的改变从而产生阻碍相分离的作用力，共晶SnPb等两相混合物的相分离非常明显。......
2023-06-20
热迁移现象在未通电共晶锡铅焊料接头中的影响
【摘要】：用于热迁移测试的共晶37Pb63Sn倒装芯片焊料接头的测试结构与图12.2很相似，其有11个凸点。而通电凸点附近的未通电的凸点将用来研究热迁移。图12.7所示为四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片。图12.7四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片图12.8所示为未通电凸点的横截面高倍照片，图中Sn和Pb的重新分配表现在：铅大量积累在了冷端（基板端），热端处（芯片端）没有锡积累。
用于热迁移测试的共晶37Pb63Sn倒装芯片焊料接头的测试结构与图12.2（a）很相似，其有11个凸点。通过溅射制备的芯片侧UBM层结构为：Al（约0.3μm）/Ni（V）（约0.3μm）/Cu（约0.7μm），而基板侧键合焊盘上的金属化层则通过电镀制备，其结构为：Ni（5μm）/Au（0.05μm）。凸点高度为90μm，芯片上的接触窗口直径为90μm。
在整个芯片上，只有一对凸点在100℃温度、0.95 A直流电下电迁移了27 h，接触窗口的平均电流密度为1.5×104 A/cm2。而通电凸点附近的未通电的凸点将用来研究热迁移。
图12.7所示为四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片。图中较亮的部分是富铅相，相对暗淡的部分是富锡相。与试验前的试样相比，发现在未通电的凸点中富铅相移动到基板一侧（冷端），且如图12.7（c）所示，在这些位置处出现了一些液相结晶过程中常见的树枝状晶，这也就意味着在测试中凸点发生了部分融化。值得提到的是：熔融共晶相结晶后应具有共晶组织，因此这些树枝状晶表明在熔化前凸点就已经发生了相分离。
图12.7 四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片
图12.8（a）所示为未通电凸点的横截面高倍照片，图中Sn和Pb的重新分配表现在：铅大量积累在了冷端（基板端），热端处（芯片端）没有锡积累。从图中还可以看出凸点中部的微观结构是均匀的（除富铅相区域），同时也发现原本共晶的层片结构间距变得更小了，这就意味着相分离发生后，界面的数量大大提高，导致整个组织处于高能态。回想前面所提到的当共晶组织（两相层片结构）在恒温下退火时，晶粒会长大粗化以减小表面能，如图2.23所示。由于界面处的原子排列是无序的，因此细间距层片结构的形成提升了系统的混乱度，即造成了更多的熵增。然而因为界面扩散比晶格扩散更快，故动力学上可认为更细间距的层片结构可使熵增速率更快。
图12.8（b）、（c）所示分别为电子探针扫描得到的成分分布曲线。线扫描路径为图12.8（a）中的1、2、3，每条线都是三次扫描的平均值，扫描步长为5μm。结果显示基板侧的铅浓度大约为73%，而芯片侧的锡浓度比例为70%~80%，且这些浓度的分布并不呈现线性浓度梯度分布。冷端处发生了铅的偏聚和锡的流失，而在远离冷端的凸点中间，除由于两相微观结构而导致的微小成分起伏外，锡和铅的分布是很均匀的。很明显，因为铅在冷端末端大量积累，故铅沿着温度梯度迁移，且是热迁移中的主要扩散元素，但浓度梯度却不是它迁移的驱动力。如果锡是主要扩散元素，那么凸点中铅的浓度应呈现线性上升分布，而不仅仅是堆积在冷端处。由于基板侧末端形成了Cu6Sn5金属间化合物，因此锡在冷端的浓度大于铅。
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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