[发明专利]一种锡基二元共晶相分离的有限元模拟方法

说明书

本发明公开了一种锡基二元共晶相分离的有限元模拟方法，涉及有限元模拟分析技术领域。该方法包括依次进行的模型处理生成锡基二元共晶相的黑白二值图、定义两物相的黑白边界点、确定两物相的黑白边界点的迁移方向并模拟两相分离过程、输出有限元模型并进行求解分析。该方法模拟锡基二元钎料共晶组织中的两种物相产生分离过程，将分离过程中的结果输出到有限元软件中，建立相应的有限元模型，对有限元模型进行求解分析结果，然后通过分析结果，可有效地解决电迁移问题相关研究的局限性，从而有效地对于钎料中微观组织偏析过程的进行表征，进而可通过有限元模拟结果加深对钎料互连中微观组织的电迁移和偏析之间相互作用机制的理解。

技术领域

本发明涉及有限元模拟分析技术领域，具体而言，涉及锡基二元共晶相分离的有限元模拟方法。

背景技术

在微电子产品和系统中，焊接的互连(焊点)已被广泛用于物理、机械和电气的连接。随着互连焊点的特征尺寸的迅速减小，焊点的电流密度达到较高的水平，电迁移效应成为人们关注的焦点。电迁移通常描述金属离子在电场作用下迁移的现象。当电子设备运行时，一定量的电流在金属互连内流动，使得金属离子将沿导体传输质量，这将导致导体某些部分(小丘)的晶须或空洞。然而，电迁移是金属互连线在温度和电流作用下引起的金属迁移现象。它可能导致金属互连线断裂，从而使芯片无法正常工作。因此，近年来，电迁移是伴随着器件小型化和精密化以及电子互连焊盘最小化产生的重要问题，是影响电子封装互连结构可靠性的严重问题。

目前情况是我们对电迁移问题的理解还十分局限，许多重要的基本问题尚未得到理解和解决。近年来，无铅钎料已经逐渐开始在电子封装领域使用，但是无铅钎料的电迁移问题研究较少，为了选择无铅焊料和焊料设计、倒装芯片凸块互连设计、互连可靠性评估和寿命预测提供有效的指导，有关电迁移问题迫切需要研究和解决。

在此过程中，焊点可靠性问题最引人关注的一方面在于，由于界面断裂阻力降低五倍，以锡-铋(Sn-Bi)焊料为例，铜与金属间化合物界面附近铋(Bi)溶质原子的迁移和分离可能会大大降低焊点互连的可靠性。相关实验研究表明，Bi原子的偏析现象对锡-铋(Sn-Bi)焊料的微观组织有显著的影响，在阳极一侧形成的富Bi层可能导致铜锡金属间化合物和焊料微观组织的分离。

通过一些传统的实验方法来揭示微观组织的分离过程以及电迁移之间的相互作用机制是非常困难和耗时的，到目前为止还没有有效的实验验证来评价和分析电迁移与微观组织之间的相互作用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供锡基二元共晶相分离的有限元模拟方法，其可有效地解决电迁移问题相关研究的局限性，从而有效地对于钎料中微观组织偏析过程的进行表征，进而可通过有限元模拟结果加深对钎料互连中微观组织的电迁移和偏析之间相互作用机制的理解。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种锡基二元共晶相分离的有限元模拟方法，包括依次进行的通过模型处理生成锡基二元共晶相的黑白二值图、定义两物相的黑白边界点、确定两物相的黑白边界点的迁移方向并模拟两相分离、输出有限元模型并进行求解分析。

在可选的实施方式中，通过模型处理生成锡基二元共晶相的黑白二值图的步骤具体包括：

以蒙特卡罗波茨模型作为最初始的数值模型，根据条件判断，处理成代表两种物相的0-1二值矩阵，并相应地生成黑白二值图。

在可选的实施方式中，以蒙特卡罗波茨模型作为最初始的数值模型，根据条件判断，处理成为代表两种物相的0-1二值矩阵，并相应地生成黑白二值图的步骤具体包括：

对Q值采用蒙特卡罗波茨模型进行条件判断，将正自旋统一用元素1来代替，负自旋统一用0来代替，转换为代表两相分布的0-1二值矩阵，相应地生成黑白二值图；