[發明專利]一種焊點電-熱遷移試驗方法

在審

• 申請號: 202210217418.2
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114487785A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張柯柯;張超;李世杰;李俊恒;王鈺茗;高一杰;王冰瑩;吳婉;陳偉明
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28;G01N25/20
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 史萌楊

本發明屬于焊點遷移技術領域，具體涉及一種焊點電?熱遷移試驗方法。該方法對三個試樣分別進行三個試驗，分別為電?熱遷移耦合作用試驗、電遷移試驗、熱遷移試驗，電?熱遷移耦合作用試驗和電遷移試驗的區別僅在于前者為空氣浴，后者為油浴，電?熱遷移耦合作用試驗過程中試樣陰陽兩端溫度場變化數據會施加在熱遷移試驗中試樣熱冷兩端，從而實現設計出了與電?熱遷移耦合作用試驗條件相一致的孤立狀態的電遷移試樣和試驗條件相一致的孤立狀態的熱遷移試驗，達到了電?熱遷移與電遷移、熱遷移的解耦的目的，實現了研究大焊點電遷移和熱遷移及其在電?熱遷移作用效應、機制，尋求焊點電?熱遷移中電遷移、熱遷移調控的途徑及方法。

技術領域

本發明屬于焊點遷移技術領域，具體涉及一種焊點電-熱遷移試驗方法。

背景技術

微電子連接中，無鉛焊點作為實現電子產品各單元之間電氣連接、機械支撐以及熱量傳導的關鍵結構，高密度器件封裝在提供更高集成度、更多I/O的同時使得微電子封裝結構中焊點尺寸進一步減小，尤其在苛刻工況下電流密度極易達10⁴A/cm²的同時伴隨環境熱量產生大量焦耳熱，熱的影響使焊點產生大溫度梯度可達1000K/cm-3000K/cm，無鉛焊點不僅經受機械和持久蠕變等挑戰的同時，還經受流經電流產生的電子風力、溫度梯度而產生的電遷移和熱遷移導致在焊點內部形成小丘、裂紋以及偏析等缺陷，大幅降低微電子封裝無鉛焊點的使役可靠性。由此電、熱遷移及其耦合效應引起的焊點失效已成為微電子連接無鉛焊點最主要失效模式之一。大電流密度伴隨高熱量產生大溫度梯度，無疑對無鉛焊點使用壽命產生至關重要的影響，已成為影響高密度器件先進封裝互連無鉛焊點可靠性的突出問題。但迄今為止，人們對微電子連接焊點電-熱遷移現象認識不足，有關微電子連接焊點電-熱遷移中電、熱遷移及其耦合作用方面研究鮮有文獻報道。

微電子封裝焊點電熱遷移是一個非常復雜的現象，是影響高密度器件先進封裝互連無鉛焊點可靠性的突出問題，尤其對苛刻工況高密度器件電子封裝無鉛焊點。但迄今為止，由于對電遷移、熱遷移及其耦合效應認識不足，同時受研究方法和手段的限制，人們對微電子連接焊點電-熱遷移現象認識尚待進一步完善，在無鉛焊點電遷移、熱遷移及其耦合效應、機制及其特征現象表征研究尚剛起步。因此，如何基于電-熱遷移內涵設計出新的設備及研究方法、手段，來研究電-熱遷移中理想條件下電遷移、及熱遷移的作用效應，是解決電-熱遷移作用機制的關鍵問題。

而且，電與熱是伴隨存在的，尤其在微小焊點電流密度在大于10⁴A/cm²、溫度梯度在1000K/cm以上的苛刻工況下，較大的電流擁擠效應及焦耳熱效應對焊點的損傷?，F如今，現有技術仍舊無法通過試驗途徑進行電、熱遷移及其耦合作用機制與調控研究，嚴重影響了電-熱遷移研究進展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種焊點電-熱遷移試驗方法，用以解決現有技術中無法通過試驗途徑解耦電、熱遷移以及耦合作用的問題。

為解決上述技術問題，本發明所提供的技術方案以及技術方案對應的有益效果如下：

本發明的一種焊點電-熱遷移試驗方法，包括如下步驟：

1)選擇至少三個相同的試樣，所述試樣包含至少兩片母材和用于將母材焊接在一起的焊點；

2)對第一個試驗進行電-熱遷移耦合作用試驗：將試樣所處的環境條件設置為空氣浴，對試樣兩端進行通電，在通電過程中檢測試樣兩端的溫度變化情況，并在達到設定時間后，檢測電-熱遷移耦合作用試驗下的焊點遷移情況數據；其中，溫度變化情況包括每設定間隔時間段的變化溫度；

3)對第二個試樣進行電遷移試驗：將試樣的環境條件設置為油浴，采用同步驟2)中相同的通電條件對第二個試樣進行通電，并在達到設定時間后，檢測電遷移試驗下的焊點遷移情況數據；