含有限晶粒的微小接头的原位SEM拉伸实验

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微电子封装不断向更高密度发展,微互连尺寸越来越小。当其尺寸下降至微米级别时,对于锡基钎料焊点来说,其内部所含晶粒数量将是有限的。含有限晶粒微小焊点的力学性能可能有别于大尺寸焊点。因此,深入研究微小无铅焊点的力学性质和微观断裂行为对于更好地预测电子封装产品的可靠性具有重要意义。  本文针对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu的对接接头进行研究。利用电子背散射衍射技术考察了不同接头焊缝金属内有限晶粒分布和晶体取向规律;利用原位SEM拉伸实验分析不同接头的变形及断裂行为,研究中考察了不同晶粒分布和取向、不同组织、不同位置不同形态的缺陷和金属间化合物对变形及断裂行为的影响。  研究结果表明:尺寸规格为1×1×1mm3的钎焊接头焊缝金属的晶粒个数有限。晶粒虽无择优取向,但排斥垂直焊盘方向的取向。相邻晶粒c轴之间取向差主要分布在50°~75°之间。在受外载荷作用时,不同的晶粒所受的应力不同,晶体取向与x轴方向相差最小的晶粒所受的应力最大。通过测量晶粒表面产生的滑移线的方向,可确认所激活的滑移系的滑移面。通过计算β-Sn晶体中不同滑移系的取向因子,可推测变形过程中所激活的滑移系,并通过测量晶粒表面产生的滑移线的方向得以验证。一次钎焊接头焊缝金属的共晶组织中的Ag3Sn细小且分布密集,对塑性变形及裂纹扩展都有一定的抑制作用。多次重熔接头焊缝金属中存在大量的大尺寸的Cu6Sn5很容易碎裂,裂口的缝隙成为裂纹源。老化接头焊缝金属中的金属间化合物粗化,Ag3Sn的弥散强化作用较小,对变形的抑制作用减小。在变形过程中,焊缝金属发生动态回复使晶粒碎化,某些碎化后的晶粒通过扭转使其晶体取向改变,新的取向使其变形变得更容易。晶粒的变形与其形态及分布有密切的关系,长宽大致相等的晶粒变形率较大,能协调变形的晶粒变形率较大。不同的组织、不同位置及不同形态的金属间化合物和缺陷都对接头断裂行为有不同的影响。
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