一种用于焊锡接头的电迁移测试结构制造技术

本发明专利技术涉及一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，该结构包括两块PCB板，分为上板和下板；上板的下板面铺设有相互间断的中部铜线段，以及两侧的侧铜线段；下板的上板面铺设有与上板的下板面对应的铜线段，每条铜线段上铺设焊盘，非焊盘位置铺设绿油；上板和下板的各个焊盘同排对齐且一一上下对应，通过钎焊技术将待测试焊料焊接在各个上下对应焊盘之间，形成各个待测焊锡接头，上板每排各条中部铜线段以及两条侧铜线段通过各个待测焊锡接头与下板对应排的各条铜线段形成一条导通的线路；两条侧铜线段上各任取一个焊盘与测试电源的两极连接。本发明专利技术的电迁移测试结构与实际封装电路结构相同，可同时进行多个焊锡接头原位测试。

An Electromigration Test Structure for Soldering Tin Joints

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊锡接头的电迁移测试结构
本专利技术涉及一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，属于电子封装

技术介绍
焊锡接头是电子互联中极为重要的组成部分，起到了机械连接和信号传输的作用。随集成电路的小型化和集成规模的不断扩大，连接电子元器件的焊锡接头中的电流密度不断增加，电迁移现象不断加剧，因电迁移现象引起的焊锡接头失效问题，逐渐引起科研工作者们的重视。电迁移现象是金属原子在高电流密度作用下沿着电子流动方向扩散迁移的现象。焊锡接头的电迁移表现为基板原子在电子流作用下从阴极迁移到了阳极，因此，在基板原子富集的阳极形成了大量金属间化合物，而原子减少的阴极则形成了大量孔洞，孔洞的形成又会增加电流密度，加剧电迁移现象。大量脆性界面金属间化合物和孔洞的形成可同时降低焊锡接头的可靠性，最终导致焊锡接头失效。影响电迁移的因素有很多，外部因素主要有温度、电流密度、焊锡接头尺寸、电路结构等，而内部因素则与基板材料的成分、焊锡接头中βSn晶粒取向等有关。为了防止电子器件由于焊锡接头处发生严重的电迁移现象而失效，科研工作者们对此进行了大量研究。但是，由于焊锡接头的电迁移测试结构多种多样，一方面，测试样品的尺寸不同，其测试数据的准确度和可比性会受到极大影响。例如，焊锡接头样品尺寸较大，其与实际焊点的通电面积会产生大的差异，造成电迁移可靠性数据不具有对比性，而如果减小焊锡接头样品尺寸，就很难保证样品在测试过程中不因外力作用而损伤；另一方面，现有实验室用电迁移测试结构多针对两根导线简单连接的单一焊锡接头，其结构与实际封装电路(如BGA)相差甚远，忽略了电路结构对电迁移测试的影响，而工业用电迁移测试结构虽与实际相同，却无法满足原位电迁移测试的需求，即在电迁移测试过程中随时进行接头截面微观组织的观测。因此，需要一种既与实际封装电路结构相同，又可同时进行大量焊锡接头原位测试的电路，这对于分析焊锡接头在电迁移过程中微观组织的演化过程，理解其失效机理，最终提高焊锡接头及电子器件的可靠性有重要作用。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现的：本专利技术的一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，该结构包括两块PCB板，分为上板和下板；上板的下板面铺设有一排或一排以上的中部铜线组，每排中部铜线组均由一条或一条以上相互间断的中部铜线段组成；上板下板面中部铜线组的两侧各铺设一条侧铜线段；上板下板面的每条中部铜线段的两端铺设焊盘，侧铜线段上铺设有个数与中部铜线组排数相匹配的焊盘，在上板下板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；下板的上板面铺设有与上板的下板面中部铜线组排数相等的铜线组，下板每排铜线组均由两条或两条以上相互间断的铜线段组成，下板每排铜线组中铜线段的条数比上板中部铜线组中对应排的铜线段的条数多一条；下板上板面的每条铜线段的两端位置铺设焊盘，在下板的上板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；上板和下板的各个焊盘同排对齐且一一上下对应，通过钎焊技术将待测试焊料焊接在各个上下对应焊盘之间，形成各个待测焊锡接头，使上板和下板固定，且使上板每排各条中部铜线段以及两条侧铜线段通过各个待测焊锡接头与下板对应排的各条铜线段形成一条导通的线路；上板的下板面两条侧铜线段上各任取一个焊盘分别引出导线，与测试电源的两极连接。所述上板和下板中的各个焊盘大小一致。所述上板和下板的材质包括树脂材料、陶瓷材料、金属材料。所述待测试焊料包括纯Sn，二元合金SnPb系列、SnAg系列、SnCu系列、SnBi系列、SnZn系列、SnAu系列或SnIn系列，三元合金SnAgCu系列、SnCuNi系列、SnAgBi系列、SnBiIn系列或SnAgIn系列，四元合金SnAgBiIn系列。测试过程：焊接完成后通入测试电流进行电迁移测试，观察并记录在测试期间焊锡接头的变化过程，统计其失效时间。有益效果1、本专利技术的一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，其结构简单，成本低廉，实用性强；2、利用本专利技术制备的电迁移测试结构进行电迁移测试，既能保证其结构与实际封装电路相同，又能满足对多个焊锡接头进行原位电迁移测试的需求。附图说明图1为实施例1得到的电迁移测试结构的整体结构示意图；图2为实施例1得到的电迁移测试结构中上板下板面的铜线段分布示意图；图3为实施例1得到的电迁移测试结构中上板下板面的焊盘分布示意图；图4为实施例1得到的电迁移测试结构中下板上板面的铜线段分布示意图。图5为实施例1得到的电迁移测试结构中下板上板面的焊盘分布示意图；图中，1-上板；2-下板；3-焊盘；4-绿油；5-铜线段。具体实施方式下面通过实施例及附图对本专利技术的内容做进一步描述。实施例1本专利技术的一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，该结构包括两块PCB板，分为上板和下板；上板1的下板面铺设有两排中部铜线组，每排中部铜线组均由两条相互间断的铜线段5组成；上板1下板面各排中部铜线组的两侧各铺设一条侧铜线段5，如图2所示；上板下板面的每条铜线段的两端铺设焊盘3，侧铜线段5上铺设有3个焊盘(其中一个作为接线端)，如图3所示；在上板下板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油4；下板2的上板面铺设有两排铜线组，下板2每排铜线组均由三条相互间断的铜线段5组成，如图4所示；下板上板面的每条铜线段5的两端位置铺设焊盘3，如图5所示；在下板的上板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油4；去除焊盘表面的氧化物和有机污染物；将上板1和下板2的各个焊盘同排对齐且一一上下对应，通过回流焊工艺将待测试焊料焊接在上板1和下板2第二排上下对应的焊盘之间，第一排空置，使上板和下板固定，且使上板第二排各条铜线段以及两条侧铜线段通过各个待测焊锡接头与下板第二排的各条铜线段形成一条导通的线路，如图1所示；用2400号砂纸将上板1和下板2的边缘进行打磨和抛光处理，使焊锡接头暴露出光滑截面，便于观察焊锡接头变化情况；上板的下板面两条侧铜线段上的接线端焊盘分别引出导线，与测试电源的两极连接。上板1和下板2的第二排对应焊盘中焊接的焊锡接头所用材料，均为纯锡焊料，通电后的测试电流密度为3*105A/cm2，每隔48h，观察焊锡接头截面形貌变化。发现当第3次观察时，部分焊锡接头开始有裂纹产生，裂纹长度为5um左右，第5次观察时，焊锡接头裂纹增长至13um左右，当第7次观察时，焊锡接头裂纹长度再次增大，当通电时间为380h时，其中一个焊锡接头率先发生失效，电迁移测试完成。实施例2采用与实施例1相同的电迁移测试结构，通过回流焊工艺将待测试焊料焊接在上板1和下板2两排上下对应的焊盘之间，使上板和下板固定，且使上板每排各条铜线段以及两条侧铜线段通过各个待测焊锡接头与下板对应排的各条铜线段形成一条导通的线路，上板1和下板2的各排对应焊盘中焊接的焊锡接头所用材料，两排均为纯锡焊料和SAC305焊锡膏间隔布置，通电后第一排的测试电流密度为4*105A/cm2，第二排的测试电流密度为4*105A/cm2，每隔48h，观察焊锡接头截面形貌变化。当通电时间为360h时，第一排的其中一个纯锡焊料制备的焊锡接头率先产生裂纹并率先发生了失效；当通电时间为385h时，第二排的其中一个纯锡焊料制备的焊锡接头率先产生裂纹并率先发生了失效。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，该结构包括两块PCB板，分为上板和下板；上板的下板面铺设有一排或一排以上的中部铜线组，每排中部铜线组均由一条或一条以上相互间断的中部铜线段组成；上板下板面中部铜线组的两侧各铺设一条侧铜线段；上板下板面的每条中部铜线段的两端铺设焊盘，侧铜线段上铺设有个数与中部铜线组排数相匹配的焊盘，在上板下板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；下板的上板面铺设有与上板的下板面中部铜线组排数相等的铜线组，下板每排铜线组均由两条或两条以上相互间断的铜线段组成，下板每排铜线组中铜线段的条数比上板中部铜线组中对应排的铜线段的条数多一条；下板上板面的每条铜线段的两端位置铺设焊盘，在下板的上板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；上板和下板的各个焊盘同排对齐且一一上下对应，通过钎焊技术将待测试焊料焊接在各个上下对应焊盘之间，形成各个待测焊锡接头，使上板和下板固定，且使上板每排各条中部铜线段以及两条侧铜线段通过各个待测焊锡接头与下板对应排的各条铜线段形成一条导通的线路；上板的下板面两条侧铜线段上各任取一个焊盘分别引出导线，与测试电源的两极连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于焊锡接头的电迁移测试结构，该结构包括两块PCB板，分为上板和下板；上板的下板面铺设有一排或一排以上的中部铜线组，每排中部铜线组均由一条或一条以上相互间断的中部铜线段组成；上板下板面中部铜线组的两侧各铺设一条侧铜线段；上板下板面的每条中部铜线段的两端铺设焊盘，侧铜线段上铺设有个数与中部铜线组排数相匹配的焊盘，在上板下板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；下板的上板面铺设有与上板的下板面中部铜线组排数相等的铜线组，下板每排铜线组均由两条或两条以上相互间断的铜线段组成，下板每排铜线组中铜线段的条数比上板中部铜线组中对应排的铜线段的条数多一条；下板上板面的每条铜线段的两端位置铺设焊盘，在下板的上板面非焊盘位置均匀地铺设一层用于阻焊的绿油；上板和下板的各个焊盘同排对齐且一一上下对应，通过钎焊技术将待测试焊料焊接在各个上下对应焊盘之间，形成各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：马兆龙，李策，程兴旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11