低各向异性Bi/Sb掺杂焊料

电迁移与热疲劳双优

通过添加Bi或Sb调控Sn中Cu扩散各向异性，缓解焊点定向失效，同时保持热循环可靠性。

Zhang H.Z. · 马兆龙 · Li C. · Yuan H.Y. · Xing-Wang, Cheng

Materials Today Communications 2025

具体参数

电迁移电流密度

{'zh': '8.15×10³', 'en': '8.15×10³'} A/cm²

IMC面积分数增幅

{'zh': '10–13', 'en': '10–13'} %

技术优势

定向失效风险更低

Sb掺杂后Cu在β-Sn中沿c轴和a轴的扩散能垒差异最小，使不同取向的焊点电迁移寿命更均匀，降低系统级失效概率。

加速电迁移得到验证

在8.15×10³ A/cm²电流应力下，SAC305–1Bi和SAC305–1Sb焊点100 h后Cu₆Sn₅面积分数比未掺杂SAC305高出10–13%，直接验证了溶质-空位复合体对扩散的加速效应。

应用场景

• 电子封装互连：直接替代SAC305用于倒装焊点或BGA互连，降低电迁移失效风险。
• 无铅焊料合金设计：为通过掺杂调控扩散各向异性、兼顾电迁移与热疲劳的焊料设计提供原子尺度准则。
• 电源模块可靠性：适用于大电流功率模块互连，通过降低扩散各向异性延长焊点服役寿命。