2019-Electromigration behavior of CuSn3.0Ag0.5CuCu ball

在电子封装领域，铜(Sn3.0Ag0.5Cu)球栅阵列(BGA)焊点的电迁移(EM)行为成为一个重要的研究焦点，因为这种现象对电子设备的长期可靠性具有深远影响。"2019-Electromigration behavior of CuSn3.0Ag0.5CuCu ball grid array solder joints"的研究着重探讨了在多物理场环境下，由电流拥挤引起的Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu BGA焊点的电迁移现象。 实验采用了特制的BGA菊花链电路，在电流密度为1.43 × 104 A/cm²和125°C的条件下，对焊点进行了长达120小时的电迁移测试。结果显示，焊点中出现了金属间化合物(IMC)的极化生长以及空洞的形成。在测试结束时，阳极的IMC厚度显著增加，从5.24微米增加到32.21微米，而阴极的IMC厚度起初从2.03微米增加到4.54微米，然后逐渐减少直至完全消失。在电流作用下，阴极的电流集中区域产生了空洞。 为了更深入理解空洞形成的过程，研究人员建立了一个有限元模型，考虑了四种驱动力：电子风力、热梯度、应力梯度和原子浓度梯度。模拟结果显示，电子风力在空洞形成过程中起着主导作用，对总原子流速的贡献超过90%。通过比较实验和模拟结果，论文提出了0.91 mol/m³作为空洞形成的临界原子浓度，并准确预测了空洞的位置。 电迁移是由于在高电流密度下，电子流产生的压力导致金属原子的定向迁移，从而影响到电子组件的结构稳定性。在Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu BGA焊点中，IMC的不对称生长和空洞的形成会显著降低连接的机械强度，可能导致早期故障。因此，理解和控制电迁移效应对于设计更可靠的电子封装至关重要。 此研究对于提升微型电子设备的性能和寿命具有指导意义，通过模拟和实验相结合的方法，为优化焊点材料和设计提供了理论支持。未来的研究可能会进一步探讨其他环境因素（如温度、电压和湿度）对电迁移行为的影响，以开发出更能抵抗电迁移的新型焊点材料和封装技术。