液-固电迁移Ni/Sn-9Zn/Ni焊点反极性效应研究

金属学报, 2015, 51(1): 93-99. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00402

液-固电迁移Ni/Sn-9Zn/Ni焊点反极性效应研究

1.大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024

2.大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024

3.大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024

4.大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024

基金项目: Supported by National Natural Science Foundation of China (Nos.51475072 and 51171036) 国家自然科学基金项目51475072和51171036资助

关键词：反极性效应 , Sn-9Zn焊点 , 电迁移 , 界面反应 , 金属间化合物

REVERSE POLARITY EFFECT IN Ni/Sn-9Zn/Ni INTERCONNECT UNDERGOING LIQUID-SOLID ELECTROMIGRATION

Keywords： reverse polarity effect , Sn-9Zn solder , electromigration , interfacial reaction , intermetallic compound

研究了230℃,5×103 A/cm2条件下液-固电迁移对Ni/Sn-9Zn/Ni线性焊点界面反应的影响.在液-固电迁移过程中,Ni/Sn-9Zn/Ni焊点表现出明显的反极性效应,即阴极界面金属间化合物(IMC)持续生长变厚,并且一直厚于阳极界面IMC.由于排除背应力的影响,Sn-9Zn液态钎料中Zn原子的反常迁移行为归因于其有效电荷数在高温下为正值,即在电子风力作用下Zn原子向阴极界面定向迁移,从而导致焊点在液-固电迁移过程中发生反极性效应.回流焊后,Ni/Sn-9Zn/Ni焊点两侧界面上均生成了较薄的Ni5Zn21层.液-固界面反应过程中(无电流)焊点两侧界面IMC均随时间延长而生长变厚,从而消耗钎料中的Zn原子并使界面处的相平衡发生变化,导致界面IMC由Ni5Zn21转变为Ni5Zn21+(Ni,Zn)3Sn4].与之相较,液-固电迁移过程中阴阳两极界面IMC的类型一直为Ni5Zn21,并未发生IMC类型的转变.这是由于,在电子风力作用下,阴极界面附近钎料中Zn原子的含量充足,Zn与Ni反应生成Ni5Zn21型IMC;同时,电子风力也阻碍了Zn原子向阳极界面的扩散,从而抑制了阳极界面IMC的生长,导致界面IMC较薄,因此阳极界面也未发生IMC类型的转变.此外,运用反证法进一步验证了Zn的有效电荷数在高温下是正值.

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