[發明專利]一種微型焊點熱電耦合測試方法

有效

• 申請號: 201810209418.1
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108646159B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 郭福;孫志潔;王雁;馬立民;王乙舒;左勇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明為一種微型焊點熱電耦合測試方法，屬于材料制備與連接領域，采用直流電源獲得所需電流密度，陶瓷加電熱片與溫度控制器控制焊點兩端溫度梯度，適用于微型焊點熱電耦合可靠性測試的研究。該方法可以有效保證微型焊點兩端的電流密度，溫度梯度和熱電耦合方向，從而在焊點電流密度，溫度梯度和耦合方向可控的前提下獲得具有可靠性的焊點熱電耦合數據，并進行評價。

技術領域

本發明為一種微型焊點熱電耦合測試方法，屬于材料制備與連接領域，采用直流電源獲得所需電流密度，陶瓷加電熱片與溫度控制器控制焊點兩端溫度梯度，適用于微型焊點熱電耦合可靠性測試的研究。該方法可以有效保證微型焊點兩端的電流密度，溫度梯度和熱電耦合方向，從而在焊點電流密度，溫度梯度和耦合方向可控的前提下獲得具有可靠性的焊點熱電耦合數據，并進行評價。

背景技術

微電子封裝產業隨著集成電路技術的快速發展，電子封裝變得更輕、更薄、更小、功能更強大，以滿足人們對便捷、舒適、強大功能的追求。封裝技術也從單一芯片層面集成向更高密度的2.5D/3D封裝發展。在此過程中，焊點的特征尺寸從傳統的70-100μm銳減為20μm甚至更小。由于焊點在電子封裝中起到機械互連、電氣互連以及熱量耗散的多重作用，承載著力學、電學和熱學的多場耦合，因而焊點尺寸的減小勢必帶來嚴峻的可靠性問題。作為引起材料失效的基礎科學問題，電遷移(Electromigration,EM)和熱電耦合(Thermomigration,TM)問題在焊點中表現日益突出，受到業界和研究學者的廣泛關注。目前，在熱電耦合的相關研究和文獻中，獲得較高且穩定的溫度梯度以及可控的耦合方向一直是較為難解決的問題。目前，在熱電遷移的相關研究和文獻中，獲得較高且穩定的溫度梯度一直是較為難解決的問題。在以往的焊點熱電遷移可靠性測試中，有研究者采用在焊點的一端通過水冷的方式降低一端溫度，與不進行水冷的一端形成溫度差，從而實現溫度梯度，然而這種結構制作復雜，不能夠同時進行電遷移測試，溫度梯度也不易控制，不能夠實現熱電遷移實驗的可靠性評價；還有研究者為了獲得一定的溫度梯度，使用焊點兩側不同面積的焊盤，由于散熱面積不同，形成所需的溫度梯度。但是熱電遷移測試樣品兩側尺寸差距太大，其與實際焊點加熱面積的差異會造成熱遷移可靠性數據的不可對比性。針對以上問題，本發明基于現有的用于熱電耦合可靠性測試的微型焊點測試方法中存在的問題，設計了操作簡單，可實現獲得所需電流密度，溫度梯度和耦合方向并可控的微型焊點熱電耦合測試方法。

發明內容

本發明針對微型焊點難以實現熱電耦合測試，制作出電流密度，溫度梯度和熱電耦合方向可控的熱電耦合測試方法。在焊點焊盤的兩端連接電源的正負極，使焊點處于通電狀態，并且在焊點焊盤的一端連接陶瓷加熱片及熱電偶，使焊點兩端存在溫度差，從而使焊點處于熱電耦合狀態。通過控制陶瓷加熱片、正極、負極所在焊盤兩端中的某一端來控制熱電耦合的方向。同時期望通過對焊點的焊接過程和熱電耦合過程中界面IMC演變行為進行表征，得到SEM，EDS等一系列可靠性數據，最終達到深入評價微型焊點熱電耦合可靠性的目的。

為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案。

一種微型焊點熱電耦合測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)實驗所用焊盤由線切割制備，得到“凸”字形焊盤，“凸”字形焊盤尺寸不限；

(2)去除焊盤表面的氧化物和有機污染物，將兩個焊盤置于粘附雙面膠的基板上，用釬料焊膏填充于兩個焊盤的焊接面之間，并進行焊接，隨后冷卻，獲得焊點；對焊點進行磨拋，得到可用于進行熱電耦合測試的焊點，進行熱電耦合實驗及相關的可靠性測試；

(3)在焊點焊盤的兩端連接電源的正負極，使焊點處于通電狀態，并且在焊點焊盤的一端連接陶瓷加熱片及熱電偶，使焊點兩端存在溫度差，從而使焊點處于熱電耦合狀態；

(3.1)在焊點焊盤的兩端分別控制正負極來控制電流方向；通過控制通電電流的大小及焊點界面面積來控制電流密度，獲得具有特定電流方向及特定電流密度的電流；