實時成像研究Sn-Cu釬焊界面反應(yīng)動力學(xué)及機制.pdf

1、本文利用同步輻射實時成像技術(shù)，在線觀測了釬焊界面金屬間化合物(IMC)生長行為及演變規(guī)律，以此為基礎(chǔ)系統(tǒng)深入研究了Sn/Cu釬焊界面反應(yīng)機制。發(fā)現(xiàn)，Sn/Cu釬焊過程的保溫及冷卻階段，IMC生長遵循不同的機制，經(jīng)深入研究，分別建立了保溫階段釬焊界面IMC的吞并機制模型和冷卻階段界面IMC的形貌演變模型，清晰地揭示出Sn/Cu整個釬焊界面反應(yīng)過程。同時，對影響Sn/Cu界面反應(yīng)的相關(guān)因素進行了深入探索。研究獲得主要結(jié)論如下:
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2、.首次引入同步輻射實時成像手段在線觀測Sn/Cu釬焊過程液/固界面反應(yīng)行為。通過同步輻射實時成像觀測釬焊過程界面銅基體溶解及界面IMC的生長行為，實現(xiàn)了釬焊整個過程各階段連續(xù)觀測，為完善釬焊界面反應(yīng)理論提供了直接無假設(shè)實驗數(shù)據(jù)。
　　2.發(fā)現(xiàn)，Sn/Cu釬焊保溫和冷卻階段界面IMC生長遵循不同的機制。經(jīng)深入研究，分別建立了釬焊保溫階段界面IMC的吞并模型和冷卻階段界面IMC形貌演變模型，共同構(gòu)成了整個釬焊界面反應(yīng)模型。釬焊保溫階段

3、界面IMC吞并模型揭示了釬焊保溫階段界面IMC吞并行為的具體方式，確認了釬焊保溫階段Cu基體的溶解和界面IMC的生長受晶界擴散與IMC相互吞并共同控制;釬焊冷卻階段界面IMC形貌演變模型，揭示了釬焊冷卻階段界面IMC形貌轉(zhuǎn)變的具體方式，確認了界面Cu6Sn5 IMC小平面及棱柱狀形貌受二維形核機制控制。
　　3.基于上述Sn/Cu釬焊界面反應(yīng)理論，分別研究了與互連可靠性相關(guān)四種因素對Sn/Cu界面反應(yīng)行為影響。發(fā)現(xiàn)，含Ag釬料中的

4、Ag3Sn在釬焊保溫階段會影響近鄰Cu6Sn5之間的吞并行為，并在冷卻階段吸附在Cu6Sn5表面，從而改變了界面Cu6Sn5尺寸和形貌;釬焊液/固界面氣泡通過改變周邊釬料量的分布，從而影響銅基體的溶解與界面IMC生長;液/固電遷移可加速陰極界面IMC的溶解，促進了陽極IMC的快速生長，同時電遷移也明顯加速陰極銅基體的溶解，抑制陽極的溶解，以上過程與電流密度分布相匹配，電流密度分布越大的區(qū)域，作用越明顯;液/固熱遷移改變了銅的擴散通量，使