电子封装微互连中的电迁移
电迁移原理_(华东师范大学_李旭瑞)
《电迁移原理》的思考总结与扩展：旭瑞专业：华东师大学微电子电迁移原理：集成电路芯片部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。
随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。
在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。
它是引起集成电路失效的一种重要机制。
电迁移失效机理产生电迁移失效的因：薄膜导体结构的非均匀性外因：电流密度从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4中，我们考虑金属原子A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位V占据，其余被其他金属原子占据。
在无电流应力条件下，由于热运动，原子A向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子A向电子风方向移动概率大大增加。
假设A要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。
同理，若A往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。
所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。
从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理在金属里作用了两种对立的力。
这些力被称为“直接力”和“电子风”力。
直接力是一种在电场的作用下，由激活的金属正离子沿电子流相反方向流动产生的力。
电迁移介绍
1.电迁移及模型简要介绍1.1电迁移现象电迁移现象是指集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金属离子产生物质运输的现象。
进而导致金属线的某些部位出现空洞从而发生断路，而另外一些部位由于有晶须生长或出现小丘造成电路短路。
当芯片集的成度越来越高后，其中金属互连线变得更细、更窄、更薄，其电迁移现象越来越严重。
图1 电迁移示意图1.2电迁移理论（原子扩散模型）当金属导体中通过大电流密度时，静电电场将驱动电子从阴极向阳极运动。
高速运动的电子将与金属原子发生碰撞，原子受到猛烈的电子冲击，这就形成了电迁移理论中的电子风力wd F 。
此外，金属原子还到受静电场力ei F 的作用，如图2所示。
图2 电迁移理论模型图两者的合力即电迁移驱动力可表示em wd ei e j F F F Z ρ*=+= （1）Z eiZZ=* (2) wd+式中，F为电子风力；ei F为场力；Z*为有效电荷；ρ为电阻率；wdj为电流密度；Z为电子风力有效电荷常数；ei Z为静电场力有效电wd荷常数。
当互连引线中的电流密度较高时，向阳极运动的大量电子碰撞原子，使得所产生的电子风力F大于静电场力ei F。
因此，金属原子受wd到电子风力的驱动，产生了从阴极向阳极的受迫的定向扩散，即发生了金属原子的电迁移。
如图3所示。
图3电迁移产生图原子的扩散主要有三种形式：晶格扩散、界面扩散和表面扩散。
由于电迁移使金属原子从一个晶格自由扩散到另一个晶格的空位上，所以，通常描述原子电迁移的数学模型采用的是空位流(J )方程：total Dc J F kT=- (3) 式(3)中，D 为扩散系数；c 为空位浓度；T 为绝对温度：k 为玻耳兹曼常数；total F 为电迁移驱动力的合力。
电迁移使得引线内部产生空洞和原子聚集。
在空洞聚集处是拉应力区；在原子聚集处是压应力区，因此，应力梯度方向由阳极指向阴极。
图4 电迁移产生应力梯度图为了松弛应力，重新回到平衡态，原子在压应力的作用下，沿应力梯度方向形成回流。
微电子封装中焊点的电迁移现象分析与研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｚ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ
文章 编 号 ：１ ０ ０ ９—４ ４ ４ Ｘ（ ２ Ｏ １ ３ ） 叭 一０ ０ ７ ６ —０ ６
微 电子 封装 中焊 点 的 电迁移 现 象 分析 与研 究
房 加 强 ，于 治水 ，苌 文龙 ，王 波 ，姜鹤 明
（ 上海 工程 技 术 大 学 材 料 工 程 学 院 ， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ）
Ｆ Ａ ＮＧ Ｊ ｉ ａ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ， Ｚｈ ｉ ｓ ｈ ｕ ｉ ，ＣＨＡ ＮＧ Ｗｅ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｂｏ，ＪＩ ＡＮ Ｇ Ｈｇ ， ， ｚ ｇ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｓｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ６ ２ ０．Ｃｈ ｉ ｎａ ）
第 ２ ７卷 第 １ 期 ２ ０ １ ３年 ３月
电迁移原理 (华东师范大学 李旭瑞)
《电迁移原理》的思考总结与扩展姓名：***专业：华东师范大学微电子电迁移原理：集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。
随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。
在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。
它是引起集成电路失效的一种重要机制。
电迁移失效机理产生电迁移失效的内因：薄膜导体内结构的非均匀性外因：电流密度从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4中，我们考虑金属原子A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位V占据，其余被其他金属原子占据。
在无电流应力条件下，由于热运动，原子A向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子A向电子风方向移动概率大大增加。
假设A要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。
同理，若A往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。
所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。
从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理在金属里作用了两种对立的力。
这些力被称为“直接力”和“电子风”力。
直接力是一种在电场的作用下，由激活的金属正离子沿电子流相反方向流动产生的力。
电迁移原理
电迁移原理《电迁移原理》的思考总结与扩展姓名：***专业：华东师范大学微电子电迁移原理：集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。
随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。
在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。
它是引起集成电路失效的一种重要机制。
电迁移失效机理产生电迁移失效的内因：薄膜导体内结构的非均匀性外因：电流密度从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4中，我们考虑金属原子A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位V占据，其余被其他金属原子占据。
在无电流应力条件下，由于热运动，原子A向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子A向电子风方向移动概率大大增加。
假设A要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。
同理，若A往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。
所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。
从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理在金属里作用了两种对立的力。
这些力被称为“直接力”和“电子风”力。
直接力是一种在电场的作用下，由激活的金属正离子沿电子流相反方向流动产生的力。
电迁移基本知识(华东师范大学李旭瑞)
《电迁移原理》的思考总结与扩展姓名：李旭瑞专业：华东师范大学微电子电迁移原理：集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。
随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。
在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。
它是引起集成电路失效的一种重要机制。
电迁移失效机理产生电迁移失效的内因：薄膜导体内结构的非均匀性外因：电流密度从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4中，我们考虑金属原子A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位V占据，其余被其他金属原子占据。
在无电流应力条件下，由于热运动，原子A向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子A向电子风方向移动概率大大增加。
假设A要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。
同理，若A往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。
所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。
从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理在金属里作用了两种对立的力。
这些力被称为“直接力”和“电子风”力。
直接力是一种在电场的作用下，由激活的金属正离子沿电子流相反方向流动产生的力。
电子封装电迁移
在对电子封装软钎焊后的元器件和系统结构进行可靠性和耐久性评价以及寿命预测时, 需要考虑的因素很多，如封装钎料的可焊性、强度、抗氧化性、抗冲击性能、蠕变及应力松弛特性、腐蚀特性、疲劳特性等。
电迁移通常是指在电场作用下使金属离子发生迁移的现象。
分别为发生在相邻导体表面的如常见的银离子迁移和发生在金属导体内部的金属化电子迁移。
金属电迁移失效，通常是指金属层因金属离子的迁移在局部区域由质量堆积(Pileup)而出现小丘(Hillocks)或品须，或由质量亏损出现空洞(V oids)而造成的器件或互连性能退化或失效。
通常在高温、强电场下引起。
电迁移引起器件失效形式：短路、断路、参数退化在众多电子封装技术中，迅速发展的倒装芯片( Flip chip)工艺作为新一代封装技术则刚好可以满足越来越多的I/O互连的封装要求，因而广泛地用于微处理器、无线电子消费产品等电子封装中；伴随而来是，倒装芯片微互连焊点中的电迁移问题则成为微电子器件可靠性和耐久性的关注焦点之一。
铝导线中存在电迁移破坏，这种破坏是由于晶界扩散所致。
单晶的电迁移是通过晶格扩散完成，而多晶则为晶界电迁移方式，单晶导线相对于多晶导线而言性质更加均匀，所以在相同条件下，单晶铝导线的寿命高于多晶铝导线。
铜基合金电迁移失效主要是表面扩散，合金中晶体微结构对电迁移的影响不大。
铜及其合金中最容易发生电迁移的地方是铜引线上部与SiC等电介质层相交接的地方。
一旦互连线中形成了空洞，电流通过的截面积就会缩小，从而导致空洞邻近区域的电流密度增高，我们称之为电流拥挤效应。
电流通过导体时电能转化成热，把这种现象叫做焦耳热效应。
焦耳热效应会在焊点（凸点）中产生热点(hot-spot)，有时甚至会使焊点产生部分熔化现象。
另外，局部焦耳热会造成钎料凸点中存在很大的温度（热）梯度，从而引发热迁移。
电子封装中常采用贵金属或近贵金属作为UBM（Under Bump Metallization凸点下金属化层）它们以间隙扩散方式快速扩散，而目前的钎料主要以Sn基为主，在室温下这些贵金属或近贵金属即可与Sn反应而在界面生成金属间化合物( IMC)。
电子封装无铅互连焊点的电迁移研究进展
电子封装无铅互连焊点的电迁移研究进展姜楠;张亮;熊明月;赵猛;何鹏【摘要】随着电子封装逐渐向小型化和多功能化发展,互连焊点中的电迁移问题备受关注.本文针对电子封装无铅互连焊点中出现的电迁移问题,先探究了电迁移的影响因素,其中包括电流密度、温度、焊点的成分和微观结构.其次,阐述了电迁移对无铅焊点的力学性能、界面组织、振动疲劳性能和断裂机制的影响.然后针对电迁移问题,介绍了通过添加合金元素和控制电流密度两个方面来提高焊点的抗电迁移失效的能力.最后,简述了该领域的研究发展方向,为进一步研究电迁移对无铅互连焊点的可靠性提供了理论基础.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)008【总页数】8页(P1-8)【关键词】互连焊点;电迁移;综述;界面组织;电流密度【作者】姜楠;张亮;熊明月;赵猛;何鹏【作者单位】江苏师范大学机电工程学院,江苏徐州 221116;江苏师范大学机电工程学院,江苏徐州 221116;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,黑龙江哈尔滨 150001;江苏师范大学机电工程学院,江苏徐州 221116;江苏师范大学机电工程学院,江苏徐州 221116;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TG425随着电子产品向微型化和多功能化的方向转变,芯片上焊点的密度逐渐增大。
而焊点的间距和尺寸逐渐减小,导致焊点内的电流密度增加[1],电子封装互连焊点间的电迁移问题越来越严重,已经成为影响高密度互连封装技术发展的关键因素。
电迁移通常是指互连金属或者焊点在电流的作用下,离子或者原子随着电子迁移导致的成分偏析使得裂纹、空洞等材料结构发生的现象[2]。
而空洞的形成会增加扩散通道和空位形核位置,导致空洞进一步长大,从而贯穿整个焊点。
长期以来,锡铅合金因其具有良好的导电性、优良的机械性能、成本相对较低等一系列优点[3],已经成为电子封装领域中不可或缺的钎焊材料。
芯片级封装互连体在电流作用下的损伤行为
Ｄｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ｉ ｐ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｐ ａ ｃ ｋａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｓ ｂ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎｇ
不 同服役条件下的 Ｓ ｎ一 ３ ． ８ Ａ ｇ一 ０ ． ７ Ｃ ｕ微焊球横截面 的组织变化。得 出互连体的失效行为分 为三 个 阶段 ， 并观察到互连焊点的界 面处化合物 ｃ ｕ ６ ｓ ｎ ５ 在Ｐ Ｃ Ｂ （ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ， 即印刷电路板 ） 端 界面处 的生长和芯片端 Ｕ Ｂ Ｍ（ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｂ ａ ｌ ｌ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ， 即凸点 下金属层 ） 层 ｃ ｕ的消耗 ， 同时得 到降低其 环境 温度抑制 Ｃ Ｓ Ｐ样 品失效的结论 。
量 的焦耳 热
。两 者共 同作 用 下 ， 导 致 芯 片 温
度 快速升 高 ， 以致 于造 成焊 点熔断 失效 ， 这 也成 为 电子封装 技术 的一个重 要 的可靠性 问题 。 我们 知道 ， 电迁 移 和热 迁 移 是 电子 产 品 在 服
役过 程 中焊点失 效 的两 种重要 方式 。在一 些 电迁
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｐ ａ ｃ ｋ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ； ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ； ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｖ ｏ ｉ ｄ； ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ
随着 电子 产 品焊 点 尺 寸 的 日益 减小 ， 其 焦 耳 热 效应 越 来越 严 重 ， 原 因有 两个 方 面 ， 一是 Ａ １ 引
无铅电子封装中的电迁移
整个 品 格 为 了保 持 系 统 原 有 的平 衡 状 态 会 随 之 产 生
反 向背 应 力 （ ａｋｓ ｅｓ ，但 反 向背 应 力 通 常 要 小 ｂ ｃ ｔ ｓ） ｒ
于 电 迁 移 作 用 力 。 图 １即 为 倒 装 芯 片 焊 点 产 生 电 迁 移 前 后 形 态 和 结 构 的 变 化 口。 ｊ
焊 接 技 术
第 ３ ９卷 第 ３期 ２ １ ０ ０年 ３月
由 于发 生 电迁 移 的 区域 电流 密 度 通 常 都 比较 大 （ 一般 ＞ ０ Ｍｃ ） １ ｍ ，单 位 时 间 内产 生 的 热量 多 ，若 散
热不及 时就会造 成温度 升 高。温度 上升往 往会 带来 以 下 四个方 面 的问题 ： （ ）原 子 的热振动 加剧 ，平均 一 能量 升 高 ，扩 散 系 数 急 剧 增 大 ，加 速 电 迁 移 效 应 ；
其 是 无 铅 钎 料 的 电迁 移 现 象 ． 还 存 在 很 大 的 研 究 空 间 ，本 文 对 近 期 有 关 Ｓ — ｕ Ｓ — ｇ Ｓ — ｇ Ｃ ， ｎ Ｃ ， ｎ Ａ ， ｎ Ａ — ｕ
（ ｈｓｅｓ ，甚 至 出 现塑 性 变 形 等现 象 。阴极 由 于原 ｗ ｉ ｒ） ｋ 子 不 断 减 少 ，原 子 之 间 的 间距 增 大 ，在 晶格 拉 应 力 的持 续 作 用下 就 会诱 发 空 洞 （ｉ ｓ ，形 成 裂 纹 。而 ｖｏ ） ｄ
收 稿 日期 ：２ ０ — ２ ２ ０ ９ １— ２
（ ）加 载 前 ａ
（ ｂ）加 载 ７ ６ｈ后
基 金 项 目 ： 国家 Ａ然 科 学 基金 （ Ｓ Ｃ 广 东联 合 ） 重 点 项 目 ＮＦ 一
图 １ 电 迁 移 加 载 前 后 焊 点 的 变 化
微生物电化学中的电子转移机制研究
微生物电化学中的电子转移机制研究电子转移是微生物电化学研究的重点之一，它是指微生物利用电位差、能量代谢等机制完成的电子传递过程。
在这个过程中，微生物能够将电子从一个中间体转移到另一个中间体，从而利用这种能量去生产某些有用的物质。
在这篇文章中，我们将探讨微生物电化学中的电子转移机制研究。
微生物电化学是一门研究微生物与电化学反应之间关系的新兴学科，是将微生物学、电化学和工程学相结合的跨学科研究领域。
这个领域的研究对于清洁能源、环境污染治理、废水处理等有着重要的实际应用价值。
微生物电化学的电子转移机制研究以微生物代谢为基础，通过探究微生物代谢中电子的传递过程，进而研究微生物在电化学反应中的行为。
目前，研究人员主要关注两种微生物在电导池中的电子转移机制——蜡样芽孢杆菌和硝化细菌。
蜡样芽孢杆菌是一种厌氧细菌，通常生长在缺氧环境中，靠代谢有机物来生存。
在电导池中，蜡样芽孢杆菌可以通过吸收有机物来获得能量，并将电子从有机物中提取出来，将其传递到电极表面。
与其不同的是，在硝化反应中，硝化细菌则可以将几种不同的电子供体转化为硝酸离子。
当前，电导池使用的不能用于工业生产，而其中的问题在电极表面可以积聚大量的细菌，厚密的薄膜混杂了传递电子所必须的有机和无机组分，而电极和电解质之间的交互作用对电子的传输极为重要。
因此深入对这些问题进行研究，并寻找微生物电化学中电子转移的新机制，将会推动电导池技术的发展。
在微生物电化学中，研究由电子转移引起化学反应的机制以及电子传输的能力是很重要的。
目前，已经发现了一些新的电子转移机制，例如细胞内的电导管，以及电极上的电穿孔等技术。
这些方法可以在电子传输方面提供新的思路。
细胞内的电导管是细菌细胞膜上的通道，它们专门负责电子传输。
这种电导管是由蛋白质链组成的，并通过细菌膜上的许多孔洞进行电子传输。
电极上的电穿孔技术可以在电极表面穿孔分子，以便电子通过穿过这些孔洞而到达电解质中去。
他们不仅可以提高电流产生效率，而且能够排出固体垃圾，从而防止电化学同化。
电迁移 阳极 hill
电迁移阳极 hill
电迁移阳极Hill效应
电迁移是一个在电场作用下，金属离子在固态金属中移动的现象。
这种现象通常发生在电子器件的互连线路中，如集成电路和微处理器，其中金属导线在持续电流的作用下，金属原子可能会从一个地方迁移到另一个地方，导致金属导线的损坏。
在电迁移过程中，阳极（正极）和阴极（负极）的行为是不同的。
阳极通常会出现所谓的“Hill效应”，这是指阳极金属表面的原子被电场力拉向负极，从而在阳极表面形成一个小丘（Hill）或空洞。
Hill效应对电子器件的性能和可靠性有着重要影响。
当阳极表面形成小丘时，它可能会破坏金属导线的连续性，导致电路断路。
此外，空洞的形成也会增加电阻，降低电流传输的效率。
为了减少电迁移的影响，工程师们通常会采取一些策略，如使用更稳定的金属材料，增加导线的截面积以减少电流密度，或者降低工作电压和电流。
此外，研究和开发新的材料和工艺，以提高金属导线对电迁移的抵抗力，也是当前电子工程领域的重要研究方向。
总的来说，电迁移阳极Hill效应是电子器件中一个重要的物理现象，对电子器件的性能和可靠性有着重要影响。
为了应对这一现象，需要采取一系列的策略和措施，包括使用更稳定的材料、降低工作电压和电流，以及研究和开发新的材料和工艺。
电子封装微互连中的电迁移
产品可靠性和耐久性的重要因素 . 本文在回顾铝、 铜及其合金互 连引线中 电迁移问题 的基础上 , 对目移问题的几个方面进行了阐述和评价 , 其中包括电流拥挤效应、 焦耳热效 应、 极化效应、 金属间化合物、 多种负载交替或耦合 作用下的电迁移以及电迁移寿命预测等 . 关键词 : 电子封装 ; 微互连 ; 焊点 ; 可靠性 ; 电迁移 中图分类号 : TN305 94 文献标识码 : A 文章编号 : 0372 2112 ( 2008) 08 1610 05
1
引言
问题, 是影响电子封 装互 连结构 可靠性 的严 重问题[ 4] , 已引起业内科研人员和工程师们的广泛关注. 研究电迁 移问题的物理力学机 制以及 表征由电 迁移而 引起 的互 连失效行为能够为焊点合金和无铅钎料设计、 倒装芯片 凸点设计、 互连可靠性评价和寿命预测等提供有效的理 论指导. 然而, 目前对电迁移问题的理解还远远不够, 相 关的研究还很缺乏. 在过去的几十年里, 微电子工业中广泛采用铝作为 芯片引线和导体. 然而, 近年来 铜作为 一种更 好的 导体 可望取代铝作为芯片引线和导体. 由于铜的电迁移机制 与铝不同, 有必要在铝导线电迁移基础上对比分析铜导 线或薄膜中的电迁 移问题. 此 外, 随着 电子产 品的 持续 微型化而来的是输入 输出 ( I/ O) 端口 数量日益增 加; 在 众多电子封装技 术中, 迅 速发 展的倒 装芯片 ( Flip chip) 工艺作为新一代封装 技术则 刚好可以 满足越 来越 多的 I/ O 互连的封 装要求, 因而 广泛 地用 于微 处理 器、 无线 电子消费产品等电 子封装中; 伴随而 来是, 倒 装芯 片微 互连焊点中的电迁移 问题则 成为微电 子器件 可靠 性和 耐久性的关注焦点之一. 本文首先对铝、 铜及其合金互连引线中电迁移问题 进行了回顾和评价, 并在此基础上重点对目前微电子封
电迁移原理
电迁移原理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：《电迁移原理》的思考总结与扩展姓名：李旭瑞专业：华东师范大学微电子电迁移原理：集成电路芯片内部采用金属薄膜引线来传导工作电流，这种传导电流的金属薄膜称作互连引线。
随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。
在较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移，，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须，这种现象就是电迁移。
它是引起集成电路失效的一种重要机制。
电迁移失效机理产生电迁移失效的内因：薄膜导体内结构的非均匀性外因：电流密度从缺陷产生和积累得角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理，即在电迁移过程中，在子风和应力的作用下，互连线中的某些薄弱部位产生了缺陷;缺陷的产生，重新改变了互连线中电流的分布，进而也会影响热分布;这两个过程相互作用，决定了缺陷在哪些薄弱部位产生;随着时间的增加，缺陷不断积累，相邻较近的缺陷融合成一个大缺陷;当产生的缺陷足够大，在垂直电流的方向上占有足够的面积，互连线的电阻就会显著增加;最后当形成的缺陷横跨整个互连线横截面，互连线断路在图2.4中，我们考虑金属原子A，它的周围有十二个相邻的晶格位置，其中之一被空位V占据，其余被其他金属原子占据。
在无电流应力条件下，由于热运动，原子A向其附近任何一个方向移动的概率是相等的;若在“电子风”吹动的情况下，很明显原子A向电子风方向移动概率大大增加。
假设A要与人原子发生交换，其过程也只能是通过原子与空位的交换，即人移到空位位置，A移到人位置，空位移到原的位置，可见，空位移动一步之前移动了两个原子。
同理，若A往几方向移动，空位移动一步须移动三个原子。
所以，同等电子风力条件下，金属原子移动方向不同，难易程度也不同。
从电流密度角度，我们可以这样解释电迁移的失效机理在金属里作用了两种对立的力。
微电子封装中焊点的电迁移现象分析与研究
微电子封装中焊点的电迁移现象分析与研究房加强;于治水;苌文龙;王波;姜鹤明【摘要】综述了当前对微电子封装中焊点的电迁移现象及其影响因素的研究现状,分析了电流密度、温度和合金成分对电迁移失效过程的影响,以及电迁移对焊点力学性能、疲劳强度和焊点断裂机制的影响.研究发现,电迁移显著降低焊点的力学性能,对微焊点平均拉伸强度的影响存在尺寸效应,明显地降低了微焊点的振动疲劳寿命,且电迁移使微焊点的断裂机制由塑性断裂转向脆性断裂.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2013(027)001【总页数】6页(P76-81)【关键词】微电子封装;电迁移;金属间化合物;断裂失效【作者】房加强;于治水;苌文龙;王波;姜鹤明【作者单位】上海工程技术大学材料工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TN305.94电子技术的飞速发展，促使电子元件集成度的不断提高，互连焊点直径大小和焊点间距随之缩小，从而导致互连焊点中电流的密度不断增大，可达104 A／cm2，甚至更高［1］.在高密度的电流作用下，互连焊点中的原子或离子随着电子迁移造成焊点内的成分偏析，会出现丘凸和空洞［2］，导致微互连焊点电迁移失效，严重影响电子产品的性能和高可靠性，这是电子元器件微型化、精密化以及互连焊点极小化的结果［3］，已引起业内专家和科研人员的广泛关注.因此，电迁移失效已成为电子封装工业中的一个关键问题.1 电迁移现象与原理1.1 电迁移现象电子在导体中长时间移动，推动金属原子或离子运动的现象，称为电迁移现象［4－5］.电子元器件的集成度越来越高，微焊点间的距离越来越小，造成互连焊点中的电流密度不断增加，导致金属原子的高能态迁移，在金属互连线中形成空洞、小丘或凸起破坏焊点，如图1 所示［6］.有研究［7－8］表明，高电流密度下在锡铅（SnPb）焊点多处发生电迁移现象.图1为一个典型的倒装芯片互连焊点的结构示意图［9］.图1 典型倒装芯片结构示意图Fig.1 Schematic diagram of typical structurefor flip chip1.2 电迁移原理对于互连微焊点而言，由于焊点特殊的几何形状，在焊点与导线的接点处发生电流拥挤效应和金属间化合物（IMC）生长的极性效应，即金属原子由阴极向阳极扩散，溶解了阴极的IMC，导致阴极裂纹和空洞的出现，同时使阳极的IMC 得到生长［10－11］.因此，阳极发生原子的堆积，而阴极处裂纹和空洞逐渐长大，最终导致焊点断裂失效；而阳极处则由于原子的堆积而形成一些凸丘（如图2所示），最终导致焊点破坏，元件短路失效，缩短了焊点平均失效时间［1，4］.在高电流密度下，焊点互连线中高速向阳极运动的电子碰撞金属原子，发生动量交换，虽然金属原子受到电子风力［12］和静电场力的双向作用，但电子风力起主导作用，因此电迁移中原子的迁移是在电子风力作用下的定向迁移［5，9］.图2 铝箔在高电流密度下的电迁移效应Fig.2 Electromigration effect ofaluminium foil in a high electric current densityTu等［9］研究表明，在电迁移过程中铝（Al）片越长，阴极的损耗越明显，如图3所示.铝片的长度存在一个“临界尺寸”，由Nabarro－Herring 蠕变模型的晶体内部平衡空位浓度理论模型可推算，如果空位浓度梯度效应和电迁移效应在“临界尺寸”下处于平衡状态，就不会出现明显的原子迁移，因而也不会出现电迁移失效.这说明在高电流密度下导线中同时存在背应力效应和电迁移效应［5，9］.图3 Blech电迁移实验结构图Fig.3 Structural diagram of Blech electromigration experiment2 电迁移的影响因素Brandenbury等［13］于1998年首次提出电迁移失效现象，随后电迁移被作为微电子封装可靠性问题进行研究［14］.Tu等［6－11］在电迁移研究领域做了大量的研究发现，焊料合金的低熔点及较高的原子扩散率是电子产品在服役时产生电迁移现象的主要原因［15］.2.1 电流密度对电迁移的影响在微电子封装中，由于微焊点结构特征的影响，电流从导线流动到焊点时，导电路径的横截面面积发生突然变化，造成电流聚集，而电流聚集对电迁移有显著的影响.一般凸点中的平均电流密度为104 A／cm2，接触点即电流拥挤区域的电流密度可达105 A／cm2，甚至更高.Chen等［16］研究发现，在焊点中发生电迁移需要一个临界电流密度，当焊点承载的电流密度低于临界电流密度时，电迁移不会发生；反之，电流密度越大，电迁移失效越严重.而临界电流密度的大小和钎料、温度有关.Hsu等［17］研究发现，对于Sn－3.8Ag－0.7Cu钎料，当温度为80℃时，临界电流密度为4.3×104 A／cm2；当温度为100℃时，临界电流密度为3.2×104 A／cm2；而当温度为120℃时，临界电流密度为1.4×104 A／cm2.此外，电流密度的大小对阴极处IMC的溶解速度也有很大影响.Tu 等［18］研究发现，增加电流密度会加快阴极处IMC的溶解速度，当焊点互连线中的电流密度为2×104 A／cm2 时，经过10h，电迁移就几乎全部溶解了阴极处的IMC.Shao等［19］研究发现，电流密度对电迁移失效机制也会产生影响，Sn－3.5Ag在不同的电流密度下失效机制也不同.文献［7］研究指出，焊点下的金属化层UBM芯片为2μm 时，电流拥挤区域出现在钎料中；而UBM为10μm 时，电流拥挤出现在UBM 中而不是在钎料中.为了避免电流拥挤的出现，Tu等［8］提出了加厚UBM，加宽钎料凸点和高电流密度区域.2.2 温度对电迁移的影响在电迁移过程中，空洞、凸起的形成导致了互连线的线性阻值增加，产生焦耳热，当焦耳热越积越多达到1 000～1 500℃／cm 时，就会引发热迁移［20－22］.热迁移的存在对电迁移有重要影响，当两者迁移的方向一致时，热迁移加速电迁移的过程；当两者迁移方向相反时，热迁移减缓电迁移的过程.文献［23］经过有限元模拟和理论分析证实了这一点，但是研究者发现，不管热迁移单独存在还是两种迁移并存，都会出现IMC在热端变薄、冷端变厚的现象［24－26］.当电迁移的过程中存在热迁移时，在迁移驱动力方面，热迁移会高于电迁移.因此，在研究原子迁移时，考虑温度水平的同时，还要考虑另一重要因素即温度梯度［26］.在传统的锡铅（SnPb）焊点中，Sn和Pb 原子的迁移方向受温度的影响非常明显.当温度大于等于100℃时，Pb原子从阴极迁向阳极，Sn原子从阳极迁向阴极；室温下，Pb原子从阳极迁向阴极，Sn原子从阴极迁向阳极［5］.此外，温度不同时，扩散的主导元素也不同.如传统Sn－Pb钎料，当温度低于100℃时，Sn 扩散比Pb 快；而当温度高于100℃时，Pb却比Sn扩散快［27］.另外，焊点内温度梯度也会对空洞迁移产生影响.电迁移中电流拥挤效应产生的大量焦耳热会引起焊点内温度梯度变化，引起空洞迁移和长大，导致焊点失效.Wang等［28］研究了焊点内温度梯度对焊点内空洞的影响，研究表明，温度梯度会改变空洞附近的电阻系数和扩散系数，使得空洞沿界面处长大，加速电迁移失效.2.3 合金成分对电迁移的影响Lee等［15］研究表明，焊料合金的熔点越低越容易导致电迁移失效.传统的SnPb焊点中，主要的迁移原子为Sn 原子和Pb 原子，Sn 原子和Pb原子有异向迁移倾向，并在两端分别聚集着大量的Sn原子和Pb原子，如图4所示［5］.图4 SnPb焊点在电迁移前后内部组织形貌分布对比图Fig.4 Comparison of internal morphology of SnPb solder joints before and after electromigration无铅锡银铜（SnAgCu）焊料和SnPb焊料的电迁移过程明显不同.在SnAgCu焊点中，Sn原子和Cu原子为主要的迁移原子，且Sn原子和Cu原子的迁移方向沿着电子的方向从阴极迁向阳极.不同的焊料合金会呈现不一样的极性效应，如锡锌（Sn9Zn）钎料刚好呈现出与一般钎料相反的极性效应.Wang等［30］研究发现，Sn9Zn在温度为140℃，电流密度为4.26×104 A／cm2 时，电迁移166h后，阴极处的IMC比阳极处的IMC要厚.一般情况下，焊点中Sn在阴极的浓度（质量分数，全文同）总是高于在阳极的浓度［8］，但Sn浓度的增加会导致Sn的扩散速率下降.研究还发现，Sn原子的电迁移方向与Sn的浓度梯度方向相反［30－31］.Chen等［32］试验发现，在钎料中添加Sb，金属间化合物的厚度减小，并且晶粒得到细化，充分证实了在钎料中添加Sb等固溶原子，不仅可以抑制IMC的生长，而且还提高了焊点的力学性能［33］.同样Li等［34］研究也表明，钎料中添加了Sb后，金属间化合物的生长速率明显下降.Chen等［33］发现，向SnAgCu 钎料中添加Sb，虽能显著提高其力学性能，但Sb的掺杂也降低了无铅焊点抵抗电迁移的特性，故在钎料中是否添加Sb，或添加多少Sb，应根据实际情况全面考虑.3 电迁移对微焊点的影响3.1 电迁移对焊点力学性能的影响三元合金SnAgCu是目前最常用的无铅互连焊点材料.Sn的化学活性和润湿性较好，它与贵重金属元素形成的IMC 聚集在焊点的界面处，但消耗了UBM 层，且IMC易脆，故显著影响了焊点的机械强度.通过对不同电迁移时间的试样做拉伸试验［5］，绘制材料的拉伸曲线图如图5所示，由图可知，电迁移效应会导致焊点的力学性能下降.图5 不同电迁移时间的试样拉伸曲线图Fig.5 Tensile curves of samples in different electromigration times电迁移是焦耳热和电流综合作用下的质量传输过程.杨艳等［35］研究表明，电迁移与热时效均导致微焊点平均拉伸强度明显退化，并且在确定的服役时间内高密度电流作用引起的平均拉伸强度下降幅度更大，对微焊点可靠性的影响更明显.常红等［36］研究表明，电迁移使Sn－3.0Ag－0.5Cu焊点的剪切强度显著下降，电迁移36h使剪切抗力降低了约30%；而电迁移48h后，降低了50%，不仅降低速度快，降低幅度也很大.电迁移对微焊点平均拉伸强度的影响存在明显的尺寸效应.随着微焊点高度尺寸（体积）的不断减小，由电迁移和热时效导致的微焊点平均拉伸强度明显减弱.因此，在焊点微小化过程的焊点设计和制作及可靠性评价时应予以考虑［35］.3.2 电迁移对焊点断裂机制的影响在无电迁移作用时，微焊点断裂是发生在焊点的钎料部分且呈延性断裂，而经历过电迁移极化效应的影响，微焊点最终在钎料与铜导线界面的阴极处断裂呈现延性与脆性并存的断裂［37］.通过对不同电迁移时间的试样做断裂机制和端面形貌研究［5］，发现在高电流密度下，微互连焊点的断裂模式是一个由塑性断裂向脆性断裂的过程.3.3 电迁移对微焊点振动疲劳性能的影响尹立孟等［37－38］研究了微焊点在不同电迁移时间和电流密度时的振动疲劳行为及性能.研究发现，电迁移严重影响微焊点的振动疲劳失效，使振动疲劳寿命下降，不论是延长电迁移时间，还是增大电流密度都会加速微焊点由塑性断裂向脆性断裂转变的过程，微焊点的振动疲劳失效就是振动疲劳与蠕变共同作用的结果.4 结语电流密度、电迁移时间与温度、合金元素等因素，明显影响了电迁移的失效过程.电迁移显著降低焊点的力学性能，其对微焊点平均拉伸强度的影响存在明显的尺寸效应，电迁移使微焊点的振动疲劳寿命明显下降，且无论是延长电迁移时间还是增大电流密度，都会加速微焊点由塑性断裂向脆性断裂转变的过程.目前，多数研究学者对微电子中的电迁移问题的研究，基本上还停留在电迁移失效机制和电迁移对微焊点影响的层面上，缺少实际的解决微电子封装中凸点电迁移失效的解决方案，期待研究学者作进一步研究.另外，互连焊点的电迁移失效实际是多种影响因素的叠加或耦合（如在“电－热－力－化学”的综合作用）造成的，因此以后应该对综合作用下的电迁移作更多的研究和探讨.参考文献：［1］杨艳.无铅电子封装微互连焊点中的热时效和电迁移及尺寸效应研究［D］.广州：华南理工大学，2010.［2］张新平，尹立孟，于传宝.电子和光子封装无铅钎料研究和应用进展［J］.材料研究学报，2008，22（1）：1－9.［3］Tu K N.Recent advances on electro－migration in verylarge－scale－integration interconnects［J］.Journal of Applied Physics，2003，94（9）：5451－5473.［4］杨邦朝，苏宏，任辉.无铅焊料的研究（4）：电迁移效应［J］.印制电路信息，2005（10）：60－72.［5］谷丰.SnAgCu无铅焊料润湿性及焊点电迁移研究［D］.广州：华南理工大学，2010.［6］Tu K N，Mayer J W，Feldman L C.Electronic Thin Film Science：for Electrical Engineers and Materials Scientists ［M］.New York：Macmillan College Publishing Company，1992.［7］Tu K N，Gu X，Gan H，et al.Electromigration in solder joints and solder lines［J］.JOM，2002，54（6）：34－37.［8］Tu K N，Gusak A M，Li M.Physics and materials challenges for 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电迁移现象及其失效机理(20200523080536)
集成电路中的电迁移现象电迁移现象简介随着芯片特征尺寸越来越小，集成度越来越高，对芯片可靠性的研究也变得越来越重要，而其中电迁移现象是影响互连引线的主要可靠性问题。
在微电子器件中，金属互连线大多采用铝膜，这是因为铝膜具有电阻率低、价格低廉、与硅制造工艺相兼容、与SiO2层等介质膜具有良好的粘附性、便于加工等一系列优点。
但使用中也存在着如性软、机械强度低、容易划伤；化性活泼、易受腐蚀；抗电迁移能力差等一系列问题。
集成电路芯片内部采用金属薄膜互连线来传导工作电流，这种传导电流的金属在较高的电流密度作用下，沿电场反方向运动的电子将会与金属离子进行动量交换，结果使金属离子与电子流一样朝正极方向移动，相应所产生的金属离子空位向负极方向移动，这样就造成了互连线内金属净的质量传输，这种现象就是电迁移。
电迁移失效机理电迁移现象是指集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金属离子产生物质运输的现象。
进而导致金属线的某些部位出现空洞从而发生断路，而另外一些部位由于有晶须生长或出现小丘造成电路短路。
当芯片集的成度越来越高后，其中金属互连线变的更细、更窄、更薄，电迁移现象也就越来越严重。
图为典型的电迁移失效结果。
（a）电迁移引发短路（b）电迁移引发断路在块状金属中，电流密度较低（<104A/cm2），其电迁移现象只在接近材料熔点的高温时才发生。
薄膜的材料则不然，淀积在硅衬底上的铝条，截面积很小和很好的散热条件，电流密度可高达107A/cm2，所以在较低的温度下就能发生电迁移。
在一定温度下，金属薄膜中存在一定的空位浓度，金属离子通过空位而运动，但自扩散只是随机的引起原子的重新排列，只有在受到外力时才可产生定向运动。
通电导体中作用在金属离子上的力有两种：一种是电场力F q，另一种是导电载流子和金属离子间相互碰撞发生动量交换而使离子产生运动的力，这种力叫摩擦力F e，对于铝膜，载流子为电子，这时电场力F q很小，摩擦力起主要作用，粒子流与载流子运动方向相同。
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万方数据 万方数据 万方数据 万方数据１６１４电子学报２００８焦（２）采用数值模拟方法对具有复杂结构和材料匹配的微互连（焊点）的电迁移问题进行表征，并进行优化设计研究，以解决目前的设计和评价程序严重依赖于成本高而周期长的试验工作来进行凸点材料选择、工艺制定、结构设计、可靠性评价和寿命预测等问题．（３）在获得必要参数及实验验证的条件下，建立有效的微互连电迁移失效模型，为多材料选择和多设计参数下封装可靠性与耐久性评价以及产品设计提供全面而可靠的信息．（４）发展出可靠而有效的互连（焊点）电迁移寿命预测方法．参考文献：【１ＪＴｕＫＮ，ＧｕｓａｋＡＭ，ＬｉＭ．Ｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒｌｅａｄ－ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００３，９３（３）：１３３５—１３５３．［２］ＺｈａｎｇＸＰ，ＹｕＣＢ，ＳｈｒｅｓｔｌｌａＳ，ＤｏｒａＬ．Ｃｒｅｅｐａｎｄｆａｔｉｇｕｅｂｅ·ｈａｖｉｏｒｓｏｆｔｈｅｌｅａｄ－ｆｌｅｅＳｎ－Ａｇ．－Ｃｕ－ＢｉａｎｄＳｎ６０Ｐ０４０ｓｏｌｄｅｒｉｎ—－ｔｅｒｃｏｌＩｎｔ蜘ｏｎｓａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅ嘲ｎⅡｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｍａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００７，１８（８）：６６５—６７０．［３］张新平，尹立孟，于传宝．电子及光子封装无铅钎料研究和应用进展［Ｊ］．材料研究学报，２００８，２２：１—９．ＺＨＡＮＧｘｉｎ－ｐｉｎｇ，ＹＩＮＬｉ—ｍｅｎｇ，ＹＵＣｈｕａｎ－ｂａｏ．Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｅａｄ－ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄｐｈｏｔｏｎｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＣｌｌｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８，２２：１—９．（ｉｎＣｌｌｉｎｅｓｅ）［４Ｊ１、ｌＫＮ．ＲｅｃｅｎｔａｄｖａｒｌｃＩｅｓ０１１ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎｖｅｒｙ－ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ－ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００３，９４（９）：５４５１—５４７３．［５］ＹｏｕｎｇＤ，Ｃｌ＇ａｉｓｔｏｕＡ．Ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｍｏｄｅｌｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍｉ一掣ａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，１９９４，４３（２）：１８６—１９２．［６］杨卫．力电失效学［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００１．３５—３８．ＹＡＮＧＷｅｉ．ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵ—ｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００１．３５—３８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［７］ＳｐｏｌｅｎａｋＲ，Ｋｒａｆｔ０，ＡｒａｔＥ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓＯｎｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｉｏｌｆｉｃｓＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，１９９８，３８（６－８）：１０１５—１０２０．［８］ＣｅｕｎｉｎｃｋＷＡＤ，Ｄ’ｈａｅｇｅｒＶ，ＯｌｍｅｎＪＶ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｄｄｉｔｉｏｎｅｌｅｍｅｎｔｓ０１１ｔｈｅｅａｒｌｙｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｈａｎｇｅｓｏｂｓｅｒｖｅｄｄｕｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｏｆＡ１ｍｅｔａｌｌｉｒ，ｅｓ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃ—１１１３１１ｉｃ￥Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，１９９８，３８（１）：８７—９８．［９］Ｈａｕ－ＲｉｅｇｅＣＳ．Ａｎｉｎｌｉ＇Ｏｌｉｌ甜ｏｎｔＯＣｕｅ蝴鲫［Ｊ］．Ｍｉ－ｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，２００４，４４（２）：１９５—２０５．［１０］ＹｅＨ，ＢａｓａｒａｎＣ，ＨｏｐｋｉｎｓＤＣ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｃｕｒｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｉｎｇ【ＪＪ．Ｉｎｔｅｒ－ｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄｓａｎｄＳｔｒｕｃｌｌｌｒｅｓ，２００３，４０（２６）：７２６９—７２８４．［１１］ＺｅｎｇＫ，ＴｕＫＮ．Ｓｉｘｃａ螂ｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｏｆＰｂ－ｆｒｅｅｓｏｌ—ｄｅｒｊｏｉｎｔｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲ，２００２，３８（２）：５５—１０５．［１２］ＣｈｅｒｔＣ，咖ＳＷ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｓｓｕｅｓｉｎｌｅａｄ－ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓ【ＪＪ．ＪｏｕｍａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ：ＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ－ｉｃｓ，２００７，１８（１．３）：２５９—２６８．［１３］ＹｅＨ，ＢａｓａｒａｎＣ，ＨｏｐｋｉｎｓＤ．胁ｏｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎ睢ｓｎｓ０１－ｄｅｒｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｊｏｕｌｅｈｅａｔｉｎｇｄｕｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｉｎｇ【Ｊｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００３，８２（７）：１０４５—１０４７．［１４］ＨｕａｎｇＡＴ，ＧｕｓａｋＡＭ，ＴｕＫＮ，城ＹＳ．＂ｎｌｅｍ删ｇｒａｔｉｏｎｉｎＳｎＰｂｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｉｐｃｈｉｐｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００６，８８（１４１９１１）：１—３．［１５ｊｔｔｕａｎｇＡＴ，ＴｕＫＮ，“ＹＳ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｃｌｍｂｉｒｌａｌＪｏｌｌｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍｏｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｈａｓｅｍｉｇｒａｄｏｎａｎｄｐａｒａａｌｍｅｌｔｉｎｇｉｎｆｌｉｐｃｈｉｐｃｏｍｐｏｓｉｔｅＳｎＰｂｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００６，１００（０３３５１２）：ｌ一４．［１６］ＣｈｏｉＪＹ，ＬｅｅＳＳ，ＰａｉｋＪＭ，ＪｏｏＹＣ．ＥｌｅｃｔｒｃｌｌＩｌｉｇｒａｔｉｏｎｂｅ—ｈａｖｉｏｒｏｆｅｕｔｅｃｔｉｃＳｎＰｂｓｏｌｄｅｒ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ３ｒｄＩｎｔｅｒｎａ－ｔｉｏｎａｌＳｙｒｒｔｌｘ塔ｉｔｎｎＯｎＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰａｃｋａｇｉｎｇ［ｃ］．ＪｃｊＵＩｓｌａｎｄ，Ｋｏｒｅａ，２００１．４１７—４２０．［１７ｊＣｈｕａｎｇＹＣ，ⅡｕＣＹ．＂ｎｌｅｍ删ｇｒａｔｉｏｎｉｎ叫ｃｅｃ血ＳｎＰｂａ１１０ｙ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００６，８８（１７４１０５）：１—３．［１８］ＹｕＤＱ，瑚ｅｋＷ，ＳｃｈｍｉｔｔＥ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｉｇｒａｔｉｏｎｏｆｌｅａｄｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒｊｏｉ，ｔｓ［ｊ］．ＪｏｕｍａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ：Ｍａｔｅ—ｒｉａｌｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００６，１７（３）：２２９—２４１．［１９］ＫｉｅｌｂａｓｉｆｉｓｋｉＫ，ＫａｌｅｎｉｋＪ，幽ｅｌＲ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｄｏｎｏｆｅｌｅｃｌｒｃｍ－ｇｒａｔｉｏｎ０１１ｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｂｏａｒｄｓｓｏｌｄｅｒｅｄｗｉｔｈｌｅａｄ－ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ［Ａ］．ｒ＇ｒ，）ｃｘｅ，ｔｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ［Ｃ］．Ｒ．Ｓ．ＲｏｍａｎｉｕｋＥｄ．，ＢｅＵｉｎｇ—ｈａｍ，ＵＳＡ，２００６，６３４７，６３４７ｌＶｌ－８．［２０］ＣｈｏｉＷＪ，ＹｅｈＥＣＣ，ＴｕＫＮ．Ｍｅａｎ－ｄｍｅ－ｔｏ－ｆａｉｌｕｒｅｓｔｕｄｙｏｆｆｌｉｐｃｈｉｐｓｏｌ，Ｊｅｔｊｏｉｎｔｓ０１１Ｃｕ／Ｎｉ（Ｖ）／ＡＪｔｈｉｎ－ｆｉｌｍｕｎ，ｔｅｒ－ｂｕｍｐ－ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００３，９４（９）：５６１５５—５６７１．作者简介：尹立孟男，１９７６年８月生于湖南邵东，华南理工大学材料加下工程专业博ｔ生，主要从事无铅微／光电子封装材料及町靠性研究．Ｅ－ｍａｉｌ．ｙｉｎ．１ｉｒａｅｎｇ＠ｍａｉｌ．ｓｅｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ张新平男，１９６５年８月生，工学博士（１９９３），华南理工大学教授、博士生导师．主要研究方向为微／光电子封装材料及可靠性、生物材料和机敏材料等．Ｅ－ｍａｉｌ：ｒａｅｘｚｈａｎｇ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．∞ 万方数据电子封装微互连中的电迁移作者：尹立孟， 张新平， YIN Li-meng， ZHANG Xin-ping作者单位：华南理工大学机械上程学院,广东广州,510640刊名：电子学报英文刊名：ACTA ELECTRONICA SINICA年，卷(期)：2008,36(8)被引用次数：6次1.Hau-Riege C S An introduction to Cu electromigration[外文期刊] 2004(02)2.Ceuninck W A D;D' haeger V;OlMEN J V The influence of addition elements on the early resistance changes observed during electromigration testing of A1 metal lines[外文期刊] 1998(01)3.Spolenak R;Kraft O;Arat E Effects of alloying elements onelectromigration[外文期刊] 1998(6-8)4.Huang A T;Gusak A M;Tu K N;Lai Y S Thermomigration in SnPb composite flip chip solder joints[外文期刊] 2006(141911)5.Ye H;Basaran C;Hopkins D Thermomigration in Pb-Sn sol-der joints under joule heating during electric current stressing[外文期刊] 2003(07)6.Chen C;Liang S W Electromigrafion issues in lead-free solder joints[外文期刊] 2007(1-3)7.杨卫力电失效学 20018.Young D;Christou A Failure mechanism models for electromi-grafion[外文期刊] 1994(02)9.Tu K N Recent advances on electromigration in very-large-scale-integration 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