一種檢測互連焊點熱遷移性能的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測互連焊點熱迀移性能的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品向小型化、多功能化方向發(fā)展，電子封裝互連焊點的特征尺寸越來越小，導(dǎo)致互連焊點經(jīng)受的電流密度和焊點兩端的溫度梯度都急劇增加，從而引發(fā)焊點中的電迀移和熱迀移效應(yīng)，造成焊點組織退化及結(jié)構(gòu)完整性損傷，大大降低了焊點可靠性。
[0003]長期以來，人們在研究電迀移時一直忽視熱迀移的影響，這可能是早期的研究一直認(rèn)為熱迀移引起的原子迀移率要比電迀移小許多。但近期的最新研究表明，隨著互連焊點特征尺寸的不斷減小，溫度梯度越來越大，當(dāng)溫度梯度足夠大時，熱迀移引起的原子迀移效應(yīng)要大于電迀移引起的原子迀移效應(yīng)。雖然對電迀移的研究已經(jīng)取得較大進(jìn)展，但由于熱電耦合導(dǎo)致實驗設(shè)計的困難，對熱迀移的研究尚處于起步階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠性好、簡單易操作的檢測互連焊點熱迀移性能的裝置與方法，可有效的避免來自電迀移帶來的熱迀移的影響。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種檢測互連焊點熱迀移性能的裝置，該裝置自上而下依次包括冷卻機構(gòu)、上導(dǎo)熱板4、下導(dǎo)熱板6和加熱板7，即所述冷卻機構(gòu)設(shè)置在上導(dǎo)熱板4的上部，所述下導(dǎo)熱板6設(shè)置在加熱板7的上部;所述上導(dǎo)熱板4與下導(dǎo)熱板6之間的空間用于放置試樣5。
[0007]在上導(dǎo)熱板4和下導(dǎo)熱板6的對應(yīng)面上，分別對稱開設(shè)有用于埋設(shè)熱電偶探頭的溝槽8、9;當(dāng)試樣5放在上導(dǎo)熱板4與下導(dǎo)熱板6之間時，該熱電偶探頭能與該試樣5接觸;所述熱電偶探頭通過傳輸線連接外部測溫裝置。
[0008]所述冷卻機構(gòu)包括散熱片2、設(shè)置在散熱片2上部的散熱風(fēng)扇1、設(shè)置在散熱片2下部的半導(dǎo)體制冷片3;所述半導(dǎo)體制冷片3與上導(dǎo)熱板4連接。
[0009]所述用于埋設(shè)熱電偶探頭的溝槽8、9的長度，是上導(dǎo)熱板4或下導(dǎo)熱板6長度的二分之一。
[0010]所述加熱板7為電加熱板，其設(shè)有溫度控制裝置。
[0011]所述散熱風(fēng)扇I設(shè)有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。
[0012]—種檢測互連焊點熱迀移性能方法，具體包括如下步驟:
[0013](I)將熱電偶探頭分別放入上導(dǎo)熱板4和下導(dǎo)熱板6的溝槽8、9內(nèi)，并將熱電偶探頭的傳輸線連接測溫裝置;分別在上導(dǎo)熱板4和下導(dǎo)熱板6相對應(yīng)的兩個表面上涂覆一層導(dǎo)熱硅脂，將試樣5放在上導(dǎo)熱板4與下導(dǎo)熱板6之間；接通加熱板7和散熱風(fēng)扇I的電源；
[0014](2)通過調(diào)節(jié)加熱板7的溫度控制裝置，獲得加熱板7所需的溫度;通過調(diào)節(jié)散熱風(fēng)扇I的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)量大小，通過風(fēng)量大小來改變試樣5冷熱端所需的溫度，根據(jù)焊點高度得到需要的溫度梯度；
[0015](3)開始對試樣5的熱迀移性能進(jìn)行測試。
[0016]步驟(3)所述開始對試樣5的熱迀移性能進(jìn)行測試，是通過切片分析焊點界面頂C的生長變化、顯微組織演變以及拉伸試驗，得到焊點界面IMC的生長速率以及最大剪切應(yīng)力，從而判斷互連焊點的熱迀移性能。
[0017]所述試樣5的制備步驟為:
[0018](I)將兩片金屬基板進(jìn)行表面處理；
[0019](2)將其中一片經(jīng)過表面處理的基板表面除了待焊區(qū)之外，其余部分涂上阻焊劑；
[0020](3)將釬料球置于兩片金屬基板的待焊接區(qū)，并將兩片厚度為所需焊點高度的玻璃片置于兩片金屬基板之間，然后通過夾持部件緊固兩片金屬基板；
[0021]所述玻璃片用于維持焊點高度一致，該玻璃片的厚度即是焊點的高度；
[0022](4)將步驟(3)中緊固的兩片金屬基板放入預(yù)先設(shè)定溫度的回流焊爐中進(jìn)行釬焊，釬焊結(jié)束后，待冷卻至室溫，松開兩片金屬基板的夾持部件，得到試樣5。
[0023]所述釬料球選用不同材質(zhì)的無鉛釬料或者不同材質(zhì)的有鉛釬料，以檢測不同材質(zhì)的金屬基板與釬料組合的焊點的熱迀移性能數(shù)據(jù)。
[0024]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0025]通過調(diào)節(jié)加熱板的溫度控制裝置以及散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置;實現(xiàn)焊點冷熱端的溫度調(diào)節(jié)，得到不同的溫度梯度，也可以針對不同的焊點高度，得到相同的溫度梯度。上導(dǎo)熱板和下導(dǎo)熱板為可拆卸結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱迀移實驗時間到達(dá)所設(shè)定的時間周期時，可方便卸下試樣進(jìn)行檢測。
[0026]上導(dǎo)熱板和下導(dǎo)熱板的對應(yīng)面上，開設(shè)有用于埋設(shè)熱電偶探頭的溝槽，熱電偶探頭連接外部測溫裝置，可方便讀取溫度數(shù)據(jù)。
[0027]熱迀移性能測試，通過切片分析焊點界面頂C的生長變化、顯微組織演變以及拉伸試驗，得到焊點界面MC的生長速率以及最大剪切應(yīng)力，從而判斷互連焊點的熱迀移性能。
[0028]待測試樣采用通過表面處理的兩片銅基板或其它金屬基板，釬料可選不同的無鉛釬料及有鉛釬料，以檢測不同基板-釬料組合的焊點的熱迀移性能。
[0029]本發(fā)明具有安全可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單易操作、成本低廉、易于推廣等優(yōu)點；不僅可以有效的避免來自電迀移的干擾，而且可以通過控制冷熱端的溫度差來有效的控制溫度梯度。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明檢測互連焊點熱迀移性能的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為圖1局部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0032]圖3為圖1散熱風(fēng)扇和散熱片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0034]實施例
[0035]如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種檢測互連焊點熱迀移性能的裝置，該裝置自上而下依次包括冷卻機構(gòu)、上導(dǎo)熱板4、下導(dǎo)熱板6和加熱板7，即所述冷卻機構(gòu)設(shè)置在上導(dǎo)熱板4(鋁材質(zhì))的上部，所述下導(dǎo)熱板6(鋁材質(zhì))設(shè)置在加熱板7的上部;所述上導(dǎo)熱板4與下導(dǎo)熱板6之間的空間用于放置試樣5。
[0036]在上導(dǎo)熱板4和下導(dǎo)熱板6的對應(yīng)面上，分別對稱開設(shè)有用于埋設(shè)熱電偶探頭的溝槽8、9;當(dāng)試樣5放在上導(dǎo)熱板4與下導(dǎo)熱板6之間時，該熱電偶探頭能與該試樣5接觸;所述熱電偶探頭通過傳輸線連接外部測溫裝置。
[0037]所述冷卻機構(gòu)包括散熱片2、設(shè)置在散熱片2上部的散熱風(fēng)扇1、設(shè)置在散熱片2下部的半導(dǎo)體制冷片3;所述半導(dǎo)體制冷片3與上導(dǎo)熱板4連接。
[0038]所述用于埋設(shè)熱電偶探頭的溝槽8、9的長度，是上導(dǎo)熱板4或下導(dǎo)熱板6長度的二分之一。
[0039]所述加熱板7為電加熱板，其設(shè)有溫度控制裝置。
[0040]所述散熱風(fēng)扇I設(shè)有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。
[0041]通過以下三個舉例，進(jìn)一步說明本發(fā)明檢測互連焊點熱迀移性能的方法。
[0042]一、采用的試樣互連焊點高度為0.8mm，金屬基板為Cu，釬料為Sn0.7Cu。放置好