BGA结构无铅微焊点在电-热-力多场作用下的迁移和失效行为及其尺寸效应

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51275178
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

As electronic packaging technologies continue to move towards high density, small-scale and the increased structural complexity, the dimension of lead-free solder interconnects has been scaled down gradually; and this has led to increasingly servere serive conditions of the interconnects under thermal, electric and mechanical loadings etc, and consequently brought about serious concerns about structural integrity and reliability of packaging systems due to the degradation of microstructure and properties of micro-scale lead-free solder interconnects. The present project aims to investigate systematically the migration behavior, evolution of interfacial microstructures and micro-defects, degradation of properties and failure mechanisms of ball grid array (BGA) structure micro-scale lead-free solder interconnects under electro-thermo-mechanical coupling fields, through experimental characterization, phase field simulation, numerical modeling and theoretical anaylysis; further, the size effect on the above microcharacteristics and properties as well as failure mechanism of the interconnects will be taken into account. The studies will focus on revealing the physical characteristics, solid metallurgical process and mechanics mechanism of migration and failure of micro-scale solder interconnects under multiple fields; understanding the fundamental trends of the evolution of compositions, interfacial microstructure and micro-defects, as well as their influence on properties and reliability of increasingly miniaturized solder interconnects; establishing a predictive model for evaluating the migration lifetime and critical conditions of failure of micro-scale solder interconnects under thermal, electric and mechanical loadings; developing the reliability assessment methodology for micro-scale lead-free solder interconnects under severe usage conditions. It is expected that the above studies will provide theoretical background for design of new lead-free solders and high-performance solder joints/bumps as well as for prediction of properties of solder interconnects, and offer a theoretical guide for reliability and durability assessment of lead-free electronic packaging structures and systems.
电子封装技术持续向高密度、微小化和结构复杂化发展导致新型无铅互连焊点尺寸日益减小及承受越来越复杂的电、热和力等载荷共同作用,由此引发的无铅微焊点组织异变和性能退化带来了严峻的互连结构完整性及系统可靠性问题。本项目拟以实验物理表征为主并结合相场法和数值模拟及理论分析系统研究BGA结构无铅微焊点在"电-热-力"场作用下的迁移行为、界面组织和缺陷演化、性能退化和失效规律及其尺寸效应,全面揭示微焊点在多负载场作用下迁移和失效的物理本质和固相冶金机理及力学机制;掌握无铅微焊点尺寸微小化过程中成分、界面组织和缺陷演变特征及其对性能和可靠性影响的基本规律, 建立微焊点在"电-热-力"场作用下迁移寿命及临界失效的预测模型,发展出无铅微焊点在复杂服役条件下的可靠性评价方法,为新型无铅钎料设计、高性能微互连焊点结构设计和性能预测提供技术基础理论支持,并为无铅电子封装结构和系统的可靠性与耐久性评价提供理论指导。

结项摘要

本项目采用实验、理论分析和数值模拟相结合的方法对无铅微焊点的形成过程和服役可靠性进行了系统研究。主要研究内容包括微焊点形成过程中界面冶金反应行为及界面金属间化合物(IMC)组织演化规律、微焊点服役时界面区域Kirkendall空洞形成和形貌演化及长大过程、焊点结构和显微组织不均匀性对电迁移行为的影响、典型载荷下微焊点力学行为及疲劳性能的尺寸效应及其本质、电-热-力耦合场下的力学行为。本项目取得主要研究结果和创新之处包括:首次采用DSC-回流控温时效处理工艺制备了局部熔化的单界面BGA结构微焊点,研究了焊点界面IMC净生长行为和界面Cu基底的溶蚀行为,研究指出界面Cu6Sn5层和Cu3Sn层生长分别主要受晶界扩散和体积扩散控制;采用相场法模拟研究指出界面反应初期IMC形貌特征的演化主要受控于晶界扩散系数和IMC相与液体钎料间的界面能,并全面认识和阐明了IMC层中Kirkendall空洞形成和形貌演化过程,剖析了影响Kirkendall空洞产生和长大的材料、工艺和服役条件等因素;对比研究了具有结构和显微组织不均匀性微焊点中的电迁移行为,揭示了电迁移与显微组织演化间的相互作用规律,指出了焊点结构和显微组织不均匀性对电流密度大小和分布有显著影响,且显微组织不均匀性对电流密度的影响程度甚至可以超过焊点结构不均匀性;全面而深入地从线弹性力学、粘塑性力学、断裂力学和损伤力学角度研究了微焊点在典型载荷下力学性能及疲劳行为尺寸效应的本质,改进和发展了基于损伤力学的微焊点低周疲劳寿命预测模型,并运用发展的模型对典型结构微焊点的疲劳寿命进行了准确的评估及预测;创新设计和搭建了目前可能属于国内外唯一的最接近工程应用实际情况的微焊点“电-热-力”耦合加载实验系统,并系统研究了微焊点在电-热-力耦合场下力学行为及断裂特征,引入了损伤因子和焦耳热成功解释了电-热-力耦合场促进微焊点变形的作用机制,阐明了电流密度、温度、应力及其作用时间以及焊点尺寸对焊点变形和断裂行为的影响规律。本项目所发展的研究方法论及获得的研究成果把无铅微焊点的制备可靠性和服役可靠性方面的基本认识向前推进了一大步,为无铅钎料选择和设计、微焊点设计和制备以及封装钎焊后微焊点的使役性能和可靠性评价等提供了重要理论指导,为今后尺度持续微小化的无铅微互连焊点及封装系统的性能预测和可靠性评价提供了具有重要参考价值的量化方法和理论依据。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(37)
专利数量(0)
Morphological evolution and growth kinetics of Kirkendall voids in a binary alloy system during deformation process — A phase field crystal simulation study
二元合金体系变形过程中柯肯德尔空洞的形态演化和生长动力学——相场晶体模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Transactions of the Nonferrous Metals Society of China
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    C.B. Ke;S.B. Liang;M. B. Zhou;X.P. Zhang
  • 通讯作者:
    X.P. Zhang
Numerical simulations of migration and coalescence behavior of microvoids driven by diffusion and electric field in solder interconnects, 2016 (to be published)
焊料互连中扩散和电场驱动的微孔迁移和聚结行为的数值模拟,2016(待出版)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Microelectronics Reliability
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    C.B. Ke;W.J. Ma;M.B. Zhou;X.P. Zhang
  • 通讯作者:
    X.P. Zhang
Low cycle fatigue performance of ball grid array structure Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu solder joints
球栅阵列结构Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点的低周疲劳性能
  • DOI:
    10.1016/j.microrel.2014.07.052
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    Microelectronics Reliability
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    H.B. Qin;W.Y. Li;M.B. Zhou;X.P. Zhang
  • 通讯作者:
    X.P. Zhang
电-力耦合作用下Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点的拉伸力学性能和断裂行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李望云;秦红波;周敏波;张新平
  • 通讯作者:
    张新平
Sn/Cu互连体系界面和金属间化合物层Kirkendall空洞演化和生长动力学的晶体相场法模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柯常波;周敏波;梁水保;张新平
  • 通讯作者:
    张新平

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其他文献

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  • 通讯作者:
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Effects of extrusion ratio on the ratcheting behavior of extruded AZ31B magnesium alloy under asymmetrical uniaxial cyclic loading
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    张新平
  • 通讯作者:
    张新平
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张新平;马骁;江鸿杰;柯常波;曹姗姗
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41_一种基于时序分析异常数据的跌倒行为监测方法
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张新平

其他文献

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张新平的其他基金

电-热-力耦合场下TSV铜柱胀缩行为与微凸点焊点的交互作用及对互连可靠性的影响
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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