單晶及多晶結(jié)構(gòu)對焊點(diǎn)電遷移的影響.pdf

1、伴隨著電子制造水平的快速提高，電子產(chǎn)品逐漸向著便攜式、穿戴式方向發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷縮小的特征尺寸要求芯片集成度大幅提高，高密度的輸入/輸出端口數(shù)使得互連焊點(diǎn)內(nèi)電遷移問題越來越明顯，并且會(huì)隨著集成度的提高變得更加顯著。
　　本實(shí)驗(yàn)采用倒裝芯片的封裝形式,選用直徑300μm，成分為Sn3.0Ag0.5Cu（wt％）釬料球，利用熱風(fēng)焊接方法在240±5℃的條件下經(jīng)過二次回流制成焊點(diǎn)，在凸點(diǎn)內(nèi)平均電流密度值為7.07×103 A/cm2條

2、件下進(jìn)行非原位與原位電遷移實(shí)驗(yàn)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）并結(jié)合電子背散射衍射分析技術(shù)（EBSD）對電遷移前后的焊點(diǎn)形貌及晶粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。
　　在非原位電遷移實(shí)驗(yàn)中，分析得出在單晶結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)內(nèi)，只有體擴(kuò)散，焊點(diǎn)內(nèi)化合物遷移的方向僅由凸點(diǎn)內(nèi)部的晶粒取向控制，當(dāng)電子流動(dòng)的方向與β-Sn晶格c軸方向近乎平行或是夾角較小時(shí)，化合物沿電流方向遷移較快。反之，若是垂直或是夾角較大時(shí)，阻礙了化合物沿電流方向的遷移。在多晶結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)內(nèi)，體擴(kuò)散和晶

3、界擴(kuò)散共同影響凸點(diǎn)內(nèi)金屬原子的擴(kuò)散路徑，多晶焊點(diǎn)內(nèi)的晶粒取向隨機(jī)，晶界較多且蜿蜒曲折，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多晶結(jié)構(gòu)能有效抑制化合物的快速遷移。實(shí)驗(yàn)觀察到了在電遷移過程中凸點(diǎn)陰、陽極界面處金屬間化合物層的微觀演變，并詳細(xì)的表征了陰極界面微孔洞的出現(xiàn)、微裂紋的孕育長大和陰極界面撕裂的整個(gè)過程。利用EBSD技術(shù)對Sn3.0Ag0.5Cu凸點(diǎn)內(nèi)的交錯(cuò)孿晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得出了孿生晶界的延伸方向?qū)衔镞w移路徑的影響，即當(dāng)晶界的延伸方向與電子流動(dòng)的方向近

4、乎平行時(shí)，化合物沿晶界進(jìn)行大量遷移，此時(shí)晶界兩側(cè)的晶粒取向抑制原子擴(kuò)散；反之，若兩者垂直或是夾角較大時(shí)，化合物遷移的方向則主要取決于晶界兩側(cè)的晶粒取向。
　　在原位電遷移實(shí)驗(yàn)中，對比分析了凸點(diǎn)在電流加載前后界面處金屬間化合物生長的極化現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了電流的入口處與出口處是其高密度的電流聚集區(qū)，得出其陰極界面處頸部被拉長原因是頸部晶粒旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，通過EBSD技術(shù)詳細(xì)表征了晶粒旋轉(zhuǎn)的過程，并進(jìn)一步分析了晶粒旋轉(zhuǎn)的原因，即金屬原子在高密度電