[發(fā)明專利]力熱電耦合條件下微型焊點的制備及測試方法

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• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109030235A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 郭福;田雨;馬立民;王乙舒;翟廣濤
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01R31/00;B23K1/20;B23K1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

力熱電耦合條件下微型焊點的制備及測試方法，屬于材料制備與連接領域。在兩個銅棒之間填入Sn基無鉛釬料焊膏，采用無鉛焊接系統(tǒng)對其進行焊接，經(jīng)過磨拋，獲得一維線性對接焊點；在遠離焊點的銅棒兩端涂覆一層阻焊層，通過拉伸機控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)加載在焊點上的應力載荷；在靠近焊點兩側的銅棒上控制電源的正負極從而控制通過焊點的電流方向，維持焊點的通電狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)通過焊點電流的大小，根據(jù)焊點截面面積，能夠控制通過焊點的電流密度；此外，通過調(diào)節(jié)拉伸機箱體內(nèi)的環(huán)境溫度，可實現(xiàn)對焊點服役環(huán)境溫度控制。該方法能夠有效控制焊點的一維線性特征，能夠同時實現(xiàn)力熱電耦合條件下對焊點的測試，并可以同時控制應力載荷，電流密度和服役環(huán)境溫度。

技術領域

本發(fā)明為力熱電三場耦合條件下焊點的制備及測試方法，屬于材料制備于連接領域，適用于制備三場耦合測試用一維線性對接焊點，應用于焊點的電學，力學及熱學綜合可靠性的研究。該方法能夠有效控制焊點的尺寸，焊縫寬度以及焊點的一維線性特征，同時確保焊接質(zhì)量，實現(xiàn)釬焊對接接頭的簡便，批量制備，能夠同時實現(xiàn)力熱電耦合條件下對焊點的測試，并可以同時控制應力載荷，電流密度和服役環(huán)境溫度，解決了微型焊點難以實現(xiàn)多場耦合的難題。

背景技術

隨著電子產(chǎn)品朝著微型化，高密度化和多功能化的方向發(fā)展，對芯片的尺寸和功能提出了更高的要求，因此芯片的尺寸越來越小，封裝密度越來越高，與之互連的焊點尺寸也隨之減小。焊點作為電子封裝中重要的連接結構，其在二級封裝中起到結構支撐，電氣連接和熱量耗散等多重作用，是影響整個電子封裝系統(tǒng)可靠性的重要環(huán)節(jié)之一。因此微電子連接的力學，熱學以及電學的可靠性研究顯得尤為重要。歐盟在RoHS指令和WEEE指令中明確提出在電子產(chǎn)品中禁止使用Pb元素，推動了釬料無鉛化的發(fā)展，激起了學術界對無鉛釬料焊點可靠性的廣泛研究。無鉛焊點的可靠性將會直接影響電子產(chǎn)品的服役壽命。電子封裝由最早的通孔插裝發(fā)展到先進的系統(tǒng)級封裝，封裝芯片的尺寸越來越小，封裝密度越來越高，與之互連的焊點尺寸也隨之減小，導致單個焊點所承載的力學、熱學以及電學載荷越來越嚴峻，對焊點的可靠性服役提出了新的挑戰(zhàn)。

目前針對無鉛焊點可靠性問題的研究主要集中在蠕變，熱疲勞或電遷移等單個可靠性問題上，而關于多場耦合的研究起步較晚，并且以針對兩場耦合場下焊點可靠性的研究為主，但文獻發(fā)表數(shù)量較少，因此對于用于多場耦合研究的焊點結構的研究也較為有限。隨著焊點尺寸越來越小，多個可靠性因素之間交互作用越來越明顯，因此，多場耦合下的可靠性研究更具有實際意義。然而，研究者通常對單一可靠性研究方面設計特定的焊點接頭形式，但對于多場耦合尤其是用于力，熱，電三場耦合可靠性測試的焊點接頭形式的研究非常有限，因此，用于力熱電三場耦合場中焊點的制備具有重要意義。本發(fā)明基于現(xiàn)有的用于耦合場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(xiàn)力熱電三場耦合用的微型焊點，可控制通過焊點的電流密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對微型焊點難以實現(xiàn)力熱電三場耦合測試，制備出應力載荷，電流密度和服役環(huán)境溫度可控的力熱電耦合條件下的可靠性測試方法。在遠離焊點的銅棒兩端涂覆一層阻焊層，將焊點放入拉伸機，通過拉伸機控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)加載在焊點上的應力載荷；在靠近焊點兩側的銅棒上控制電源的正負極從而控制通過焊點的電流方向，維持焊點的通電狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)通過焊點電流的大小，根據(jù)焊點截面面積，能夠控制通過焊點的電流密度；此外，通過調(diào)節(jié)拉伸機箱體內(nèi)的環(huán)境溫度，可實現(xiàn)對焊點低溫或高溫服役條件下的控制目的。同時期望通過對焊點的焊接過程和力熱電條件下焊點顯微組織演變行為進行表征，得到SEM，EBSD和EDS等一系列可靠性數(shù)據(jù)，最終達到深入評價力熱電耦合條件下焊點可靠性的目的。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案。

力熱電耦合條件下焊點的制備及測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)焊接焊點采用的銅基板由線切割制備，獲得一維線性銅棒，用砂紙將銅棒兩端打磨平整，分別用丙酮溶液和硝酸水溶液清洗銅棒，去除銅棒表面的有機污染物和氧化物，最終將銅棒放入乙醇溶液中清洗并烘干；