同Kang的研究结果相反,Terashima的研究发现增加银 含量会提高SAC焊点的热疲劳可靠性。他们的结果总结在图8 中,结果显示:(1)1%的银合金失效速度最快;(2)4% 的银合金的首次失效(N0)循环寿命是1%银合金的2倍。
但是Terashima的研究仅限于flip chip的互连焊点(不 是BGA焊球),ATC条件为-40/125℃,dwell时间15分 钟。通过更细致的失效分析,Terashima总结为高的银含量 抑制了组织的粗化并延长了疲劳寿命。他也同Kang一样, 认为组织粗化会降低疲劳寿命。但是,Terashima的报告认 为高银合金的可靠性更好,而Kang则认为在某些情况下低 银合金有更粗大的Sn相,可靠性更好。值得关注的是其他 一些学者指出,IMC颗粒在循环过程中也会发生粗化,同 Sn枝晶的粗化一起在疲劳过程中扮演着重要的角色。
目前,关于微合金的添加对疲劳性性能的影响研究并 不多。最近,焊料供应商开始提供一些数据。Pandher等人 最近发表的数据表明,铋添加到低银合金中显著提高了热 循环的表现,而其他的一些添加金属,如镍,几乎对热循 环没有什么影响[5]。微合金究竟是如何影响热疲劳性能,在业界还有待研究。
业界正在进行的热疲劳研究调研
业界一些关于ATC的研究正在运作,主要致力于低银 焊点以及微合金焊点可靠性数据研究。计划开展的和已进 行的这些研究总结如下:
■ Industry working Group (FLEX,HP,CSCO,SUN,XLN X,MOT)—这些机构采用的试验焊料有Sn-3.5Ag, SAC105,SAC305。选用先前曾使用的Xilinx676 PBGA封装形式,ATC试验基本已经完成,试验参 数:0/100℃、升温/停留时间为10分钟,试验结果将 在适当的时候公布。
■ Jabil Working Group (JBL,CKSNF,HP,AMKR,CSCO) —这些机构采用的试验焊料有SACX(Sn-0.3Ag -.7Cu+Bi),LF35(Sn-1.2Ag-0.5Cu+Ni),SAC105, SAC205,SAC305和Sn-37Pb。选用Amkor公司四种 尺寸的有机封装,项目分为两个阶段:制造因素的影 响,包括温循在内的可靠性试验,其中ATC试验在两 种参数下进行:0/100℃和-10/125℃,该项目正在运 作之中,该组织希望能进一步公布试验成果使具有参 考意义。
■ Alcatel-Lucent Working Group(ALU,LSI,CLS)—这 些机构采用的试验焊料有SAC 105,SAC 305, SAC405和Sn-Pb,采用LSI680 PBGA封装形式,前 期试验使用SAC405焊料。该项目包括SMT及返修过 程中温循试验,试验参数:0/100℃、停留时间10, 30,60分钟,该项目还在进行之中,如果试验进展 顺利,他们期待能公布试验结果。
■ Unovis—分别采用借鉴外部以及内部设计的试验板 测试方法评估多元合金焊料的可靠性能,试验尚在进行之中,但试验结果仅限于组织内部使用。
■ HDPUG—一种多元合金焊料(包括10种合金元素)的研究正在进行之中,ATC试验参数:0/100℃,停留时间30分钟,试验结果仅限组织内部使用。