專利名稱：一種檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及電子封裝可靠性檢測(cè)的裝置，特別涉及電子封裝互連焊點(diǎn)電遷移性能的檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)品向微型化、多功能化的方向發(fā)展的今天，IC封裝密度不斷增加，封裝互連焊點(diǎn)的尺寸越來越小，焊點(diǎn)承受的電流密度和焊點(diǎn)工作溫度急劇升高，導(dǎo)致焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象。電遷移現(xiàn)象是由于高密度電子流持續(xù)與焊點(diǎn)中原子進(jìn)行非彈性碰撞引起的原子遷移現(xiàn)象。電遷移會(huì)導(dǎo)致互連焊點(diǎn)產(chǎn)生凸起和空洞、界面化合物的生長(zhǎng)和溶解、晶粒粗化等缺陷，從而致使焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)完整性損傷和力學(xué)性能退化。電遷移現(xiàn)象已成為電子封裝可靠性的一大挑戰(zhàn)，是電子產(chǎn)品繼續(xù)向前發(fā)展的一大障礙。隨著歐盟頒布的“RoHS”指令以及我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部頒布的“電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法”等一系列禁鉛法令的生效，傳統(tǒng)的Sn-H3釬料正在逐漸退出市場(chǎng)，電子產(chǎn)品的無鉛化已成為基本的發(fā)展趨勢(shì)。電子產(chǎn)品無鉛化的發(fā)展使得電子封裝互連焊點(diǎn)電遷移性能的研究變得更加復(fù)雜，Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系釬料互連焊點(diǎn)與Sn-ZruSn-Bi系釬料互連焊點(diǎn)表現(xiàn)出完全相反(界面IMC的生長(zhǎng)演變與加載電流方向)的電遷移特性。尤其是在現(xiàn)階段各種新型電子釬料層出不窮的情況下，如何找到一種簡(jiǎn)單并且行之有效的辦法檢測(cè)或者評(píng)估互連焊點(diǎn)的電遷移性能就顯得十分重要。目前互連焊點(diǎn)電遷移性能研究的一種常用的辦法是采用倒裝芯片，但是倒裝芯片卻有其本身不可克服的缺陷。因?yàn)榈寡b芯片特有的結(jié)構(gòu)和幾何形狀，使得倒裝芯片在通電過程中在焊點(diǎn)內(nèi)部電流密度分布不均勻，存在電流擁擠效應(yīng)，入口處的電流密度比平均電流密度大2-3數(shù)量級(jí)。電流密度的不均勻分布對(duì)于研究互連焊點(diǎn)電遷移性能而言是十分不利的。再者芯片加載高電流之后，發(fā)熱量很大。由于互連焊點(diǎn)兩端的材料不同，導(dǎo)熱率和散熱系數(shù)有很大差別，使得互連焊點(diǎn)兩端存在溫度梯度。當(dāng)溫度梯度達(dá)到一定的值時(shí)，還會(huì)引發(fā)熱遷移效應(yīng)，這就給互連焊點(diǎn)電遷移性能的研究帶來許多干擾因素。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服目前的電子封裝互連焊點(diǎn)電遷移性能檢測(cè)與評(píng)估所遇到的困難，提供一種檢測(cè)各種互連焊點(diǎn)的電遷移性能的裝置，該裝置制作簡(jiǎn)單、成本低廉、易于推廣。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的裝置，包括底板，用于夾持引線焊點(diǎn)的上、下夾板，用于壓緊引線兩端的壓板和電源接頭，所述上、下夾板和壓板均固定于底板上，所述電源接頭與壓板電連接。優(yōu)選地，所述壓板為平板，材料為純銅。優(yōu)選地，所述上夾板為平板，所述下夾板帶有夾持引線用的V型槽。[0010]優(yōu)選地，所述上、下夾板表面均鍍有絕緣層，用來防止電流分流。優(yōu)選地，該裝置還包括用于測(cè)量焊點(diǎn)溫度的熱電偶，所述熱電偶預(yù)埋在下夾板內(nèi)靠近焊點(diǎn)的位置。用上述裝置檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的方法，包括如下步驟(1)將待測(cè)引線焊點(diǎn)放入下夾板的V型槽，在上下夾板之間涂覆一層導(dǎo)熱硅膠，上夾板及壓板固定后，將待測(cè)引線焊點(diǎn)的兩端接通電源；(2)通過調(diào)節(jié)夾板的尺寸和引線的總體長(zhǎng)度與所加載電流配合達(dá)到預(yù)設(shè)的電流密度103-105A/cm2、溫度75-175°C，然后開始電遷移性能測(cè)試。在低電流密度高預(yù)定溫度時(shí)，由于焊點(diǎn)發(fā)熱量不足，焊點(diǎn)溫度較低，可將除電源外的夾持部分放入恒溫試驗(yàn)箱中，試驗(yàn)箱的溫度設(shè)為預(yù)定溫度。若要求高電流低溫時(shí)，可在上夾板上外加散熱片與散熱風(fēng)扇配合，增加散熱速率，以達(dá)到預(yù)定溫度。優(yōu)選地，所述電遷移性能測(cè)試是通過在線監(jiān)測(cè)引線焊點(diǎn)兩端的電壓變化，得到引線焊點(diǎn)的電阻變化，通過記錄焊點(diǎn)出現(xiàn)電阻突變所需的時(shí)間，測(cè)得互連焊點(diǎn)的電遷移壽命。優(yōu)選地，所述電遷移性能測(cè)試是通過切片分析焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)變化，得到焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)速率，從而判斷互連焊點(diǎn)的電遷移性能。優(yōu)選地，所述待測(cè)引線焊點(diǎn)的制備方法為待測(cè)引線焊點(diǎn)采用對(duì)接形式，引線為金屬漆包線，直徑為0. 3-1. 0mm，其外表面有一層絕緣漆，絕緣漆在釬焊的過程中可起到阻焊的作用。釬焊前將漆包線剪裁成一定長(zhǎng)度(30-50mm)的引線，將數(shù)十根引線捆扎在一起對(duì)引線用于釬焊的一端進(jìn)行研磨。研磨后利用低倍(X100)顯微鏡觀察，選取端面平整并且與銅引線軸線垂直的引線用于釬焊連接。取準(zhǔn)備好的引線放在釬焊夾具的V型槽中，其中一根用壓條壓緊，將另一根與之對(duì)齊，利用塞尺確定好釬焊間隙后擰緊螺母壓緊壓條。將待測(cè)釬料置于焊縫處，加入相應(yīng)的助焊劑進(jìn)行釬焊連接。釬焊后的試樣用砂紙和研磨膏對(duì)焊點(diǎn)表面進(jìn)行仔細(xì)研磨，直至焊點(diǎn)表面與銅引線的圓周輪廓線向平齊為止。采用上述方法制備的引線焊點(diǎn)，其檢測(cè)效果尤佳。本實(shí)用新型采用引線對(duì)接焊點(diǎn)為檢測(cè)模型，代替倒裝芯片焊點(diǎn)。利用該裝置進(jìn)行檢查簡(jiǎn)單可靠、易于實(shí)現(xiàn)、成本低廉，不僅可以避免倒裝芯片所帶來的電流擁擠效應(yīng)和熱遷移效應(yīng)，還可以通過調(diào)節(jié)引線長(zhǎng)度來控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目傮w電阻，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊點(diǎn)溫度的目的。采用夾板作為散熱板，一方面可以通過改變夾板尺寸來調(diào)節(jié)散熱量，控制焊點(diǎn)溫度， 從而在更大范圍內(nèi)接近各種互連焊點(diǎn)的實(shí)際工作狀態(tài)；還可以通過壓緊散熱板來控制由于金屬弓I線熱變形而產(chǎn)生的熱應(yīng)力的影響。

圖1檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2制樣夾具示意圖；圖3下夾板及試樣裝配示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。[0024]實(shí)施例1一種檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的裝置，包括底板3，用于夾持引線焊點(diǎn)的上、下夾板11、12，用于壓緊引線左端的上下壓板5、6，壓緊引線右端的上下壓板13、14，熱電偶10和電源接頭4，所述上下夾板11、12和壓板均固定于底板3上，所述電源接頭4與壓板電連接。 所述壓板為平板，材料為純銅。所述上夾板為平板，所述下夾板帶有夾持引線用的V型槽。 所述上、下夾板的外表面均鍍有絕緣層。所述熱電偶預(yù)埋在下夾板內(nèi)靠近焊點(diǎn)的位置，用于測(cè)量焊點(diǎn)溫度。本實(shí)用新型分別采用直徑為0. 4mm的純銅、鎳漆包線，釬料合金為Sn_3. 5Ag，制成 Cu/Sn-3. 5Ag/Cu和Ni/Sn-3. 5Ag/Ni引線對(duì)接焊點(diǎn)。漆包線外表面有一層絕緣漆，絕緣漆在釬焊過程中可起到阻焊的作用。釬焊前將漆包線剪裁40mm長(zhǎng)的引線，然后將數(shù)十根引線捆扎在一起對(duì)引線釬焊端進(jìn)行研磨。研磨后利用低倍(X100)顯微鏡觀察，選取斷面平整并且與銅引線軸線垂直的用于釬焊連接。如圖2所示，取準(zhǔn)備好的引線放在釬焊夾具17的V 型槽中，其中一根引線91用第一壓條16壓緊，將另一根引線93與之對(duì)齊，利用塞尺確定好釬焊間隙后擰緊螺母壓緊第二壓條18。將待測(cè)釬料92置于焊縫處，加入相應(yīng)的助焊劑進(jìn)行釬焊連接。釬焊后的試樣用砂紙和研磨膏對(duì)焊點(diǎn)表面進(jìn)行仔細(xì)研磨，直至焊點(diǎn)外表面與銅引線的圓周輪廓線向平齊為止，由此制的待測(cè)引線焊點(diǎn)9。將上述準(zhǔn)備好的引線焊點(diǎn)9放入下夾板11的V型槽中，上下夾板之間涂覆一層導(dǎo)熱硅膠，用上夾板12將引線焊點(diǎn)9壓住，再將其固定在底板3上。然后刮掉引線末端的絕緣漆，分別用左側(cè)的上下壓板5、6和右側(cè)的上下壓板13、14夾住引線末端，再固定到底板3 上。通過電源接頭4接入恒流源1，緩慢調(diào)節(jié)至所需電流。待溫度穩(wěn)定后，由預(yù)埋的熱電偶 10測(cè)量焊點(diǎn)溫度。然后調(diào)節(jié)引線總體長(zhǎng)度與夾板尺寸，以達(dá)到加載電流密度為5. 16X IO4A/ cm2，預(yù)定溫度150°C。實(shí)驗(yàn)過程中通過并聯(lián)電壓表2檢測(cè)焊點(diǎn)電阻變化，記錄電阻突變所需要的時(shí)間， 測(cè)量互連焊點(diǎn)的電遷移壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cu/Sn-3. 5Ag/Cu和Ni/Sn-3. 5Ag/Ni互連焊點(diǎn)出現(xiàn)電阻突變所需的時(shí)間分別為49h和45h，說明在高電流密度、高溫的情況下焊盤表面鍍Ni并不能改善互連焊點(diǎn)的電遷移性能。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于1)采用直徑為0. 3mm的漆包線，釬料合金為Sn_3. 8Ag_0. 7Cu，制成Ni/ Sn-3. 8Ag-0. 7Cu/Au引線對(duì)接焊點(diǎn)。2)加載電流密度為lX105A/cm2，將實(shí)驗(yàn)裝置的夾持部分(除電源、電壓表外)放入恒溫試驗(yàn)箱，溫度控制在170°C。3)通過并聯(lián)電壓表檢測(cè)焊點(diǎn)電阻變化，發(fā)現(xiàn)通電95h電阻出現(xiàn)突變，其電遷移壽命是相同情況下Sn-381^釬料的四倍。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于1)采用直徑為0. 5mm的純銅漆包線，釬料合金為Sn-58Bi，制成Cu/Sn-58Bi/Cu引線對(duì)接焊點(diǎn)。2)加載電流密度為2X104A/cm2，通過調(diào)節(jié)夾板尺寸和引線總體長(zhǎng)度，可將實(shí)驗(yàn)溫度控制在125°C。3)通過并聯(lián)電壓表檢測(cè)焊點(diǎn)電阻變化，發(fā)現(xiàn)通電150h電阻出現(xiàn)突變，其電遷移壽命是相同情況下Sn-Pb釬料的三倍。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于 1)采用直徑為0. 6mm的純銅漆包線，釬料合金為Sn_3. OAg-O. 5Cu，制成Cu/ Sn-3. OAg-O. 5Cu/Cu引線對(duì)接焊點(diǎn)。2)加載電流密度為1. 78X 104A/cm2，通過調(diào)節(jié)夾板尺寸和引線總體長(zhǎng)度，可將實(shí)驗(yàn)溫度調(diào)控在100°C。3)分別設(shè)置加載時(shí)間為30h、60h、120h、200h，通過切片分析焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)變化，得到焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)速率為9. 2X 10_6μ m/s，其界面IMC的生長(zhǎng)速率為相同條件下的Sn-9ai釬料的0. 6倍。說明在這樣的條件下，Sn-3. OAg-O. 5Cu互連焊點(diǎn)的電遷移性能優(yōu)于Sn-9ai互連焊點(diǎn)。實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于1)采用直徑為1. Omm的純銅漆包線，釬料合金為Sn_3. OAg-O. 5Cu，制成Cu/ Sn-3. OAg-O. 5Cu/Cu引線對(duì)接焊點(diǎn)。2)電流密度為6. 82X 103A/cm2，通過調(diào)節(jié)夾板尺寸和引線總體長(zhǎng)度并外加散熱片和散熱風(fēng)扇，將實(shí)驗(yàn)溫度控制在75°C。3)通過并聯(lián)電壓表檢測(cè)焊點(diǎn)電阻變化，發(fā)現(xiàn)通電3547h電阻出現(xiàn)突變，其電遷移壽命是相同情況下Sn-58Bi釬料的兩倍。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的裝置，其特征在于，該裝置包括底板，用于夾持引線焊點(diǎn)的上、下夾板，用于壓緊引線兩端的壓板和電源接頭，所述上、下夾板和壓板均固定于底板上，所述電源接頭與壓板電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壓板為平板，材料為純銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述上夾板為平板，所述下夾板帶有夾持引線用的V型槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述上、下夾板表面均鍍有絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于測(cè)量焊點(diǎn)溫度的熱電偶，所述熱電偶預(yù)埋在下夾板內(nèi)靠近焊點(diǎn)的位置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)互連焊點(diǎn)電遷移性能的裝置，該裝置包括底板，用于夾持引線焊點(diǎn)的上、下夾板，用于壓緊引線兩端的壓板和電源接頭，所述上、下夾板和壓板均固定于底板上，所述電源接頭與壓板電連接；檢測(cè)方法是指將釬料合金與金屬引線制成對(duì)接焊點(diǎn)，然后再加載電流，電流密度為103-105A/cm2，溫度75-175℃，通過檢測(cè)互連焊點(diǎn)電阻的變化或焊點(diǎn)界面IMC的生長(zhǎng)變化速率，從而定性說明互連焊點(diǎn)的電遷移性能優(yōu)越與否。本實(shí)用新型簡(jiǎn)單易行、成本低廉，不僅可以避免倒裝芯片所帶來的電流擁擠效應(yīng)和熱遷移效應(yīng)，還可以通過調(diào)節(jié)引線長(zhǎng)度來控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目傮w電阻，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊點(diǎn)溫度的目的。
文檔編號(hào)G01R1/04GK202110195SQ201120177870
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者衛(wèi)國(guó)強(qiáng), 姚健, 石永華 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)