POSS颗粒对Sn基无铅钎料晶须生长的影响#刘思涵，马立民，舒雨田，左勇，郭福**510152025303540（北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124）摘要：在电子产品高速微型化的发展趋势下，晶须作为封装产品中不可避免的可靠性问题已受到越来越多的关注。而在全球无铅化的推动下，无铅钎料焊点中晶须的抑制正亟待解决。已有研究表明,一种有机-无机笼形硅氧烷齐聚物PolyhedralOligomericSilsesquioxane(POSS)可有效提升Sn基无铅钎料包括剪切强度、显微硬度、电迁移和热疲劳抗力在内的综合性能。鉴于此，本文采用回流焊工艺，研究了POSS增强颗粒对Sn基无铅钎料晶须生长行为的影响。实验结果表明，POSS在等温老化条件下通过减缓金属原子的扩散而抑制了金属间化合物生长。根据先前的研究，金属间化合物生长过程中引起的压应力是晶须形成的主要驱动力。因此，POSS的添加可有效抑制Sn基无铅钎料在等温老化下的晶须生长。关键词：Sn基无铅钎料；晶须；POSSEffectsofPOSSAdditiononWhiskerFormationinSn-BasedPb-FreeElectronicSoldersLiuSihan,MaLimin,ShuYutian,ZuoYong,GuoFu(MaterialsScienceandEngineeringSchool,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract:Asanunavoidablereliabilityissueinelectronicpackages,whiskerhasattractedmoreandmoreattentionunderthefastdevelopmentinelectronicproductsminiaturation.Withthetrendoflead-freematerialapplication,whiskerinhibitioninlead-freesoldersshouldbesolvedurgently.Previousstudieshaveproofedthataorganic-inorganichybridmaterial,PolyhedralOligomericSilsesquioxane(POSS),couldimprovethecomprehensivepropertiesofSn-basedlead-freesolders,suchastheshearstrengh,microhardness,theresistancetoelectromigrationorthermalfatigue.Inthisstudy,thereflowprocesswasutilizedtoinvestigatetheeffectsofPOSSaddtiononwhiskerformationinSn-basedlead-freesolders.ThereslutsrevealthatthegrowthofIMCsunderisothermalagingwasretardedbyPOSSthroughitsinhibitioneffectonmetaldiffusion.Accrodingtothepreviousstudies,thecompressivestressinducedbytheIMCsgrowthwasthemaindrivingforceforwhiskerformation.Therefore,POSSaddtioncouldeffectivelyinhibitthewhiskerformationinSn-basedlead-freesoldersunderisothermalaging.Keywords:Sn-basedlead-freesolders;whisker;POSS0引言在现代电子产品微型化及封装引脚间距急剧缩小的趋势下，晶须已成为威胁微电子体系可靠性的重要因素之一[1-3]。介于其造成的众多危害，目前已有大量关于晶须在多种服役条件下生长行为的研究[4-5]。其中，有关晶须的抑制方法的研究所占比例最大，而在现有的众多抑制方法中，增强颗粒的引入以其便捷的制备工艺和显著的抑制效果而被广泛应用到工业生产中[6-7]。金属作为最常用的添加颗粒，易与钎料基体反应生成金属间化合物（IMCs）。因此，为了在保证焊点高温稳定性的前提下实现对其晶须生长的抑制，我们需要开发新型的无铅钎料增强颗粒。基金项目：教育部博士点学科专项科研基金（No.20101103110019）;国家自然科学基金（No.51071006）作者简介：刘思涵(1989-),女,硕士研究生,主要研究方向:颗粒添加对Sn基无铅钎料晶须生长行为的影响通信联系人：郭福(1971-),男,教授,主要研究方向:无铅焊点可靠性及热电材料性能研究.guofu@bjut.edu.cn-1-笼形硅氧烷齐聚物PolyhedralOligomericSilsesquioxane（POSS）（图1）可作为一种理想的无铅钎料增强材料。它含有三个表面活性基团（-OH），可与金属原子反应并形成良好45结合。同时，还含有七个不与金属反应的惰性有机基团（-R），可在焊点的服役温度区间内稳定POSS颗粒的尺寸和形状。已有研究表明，POSS可提高Sn基无铅钎料的综合性能[8-10]。但是，目前还鲜有关于POSS颗粒对晶须生长抑制方面的研究。图1POSS-硅三醇的三维结构（3D）[8]50Fig.1Three-dimensional(3D)structureofPOSS-trisilanol[8]本研究旨在探索POSS颗粒对无铅钎料晶须生长行为的影响。实验通过回流焊在Cu基板上制备添加了POSS...