錫基薄膜與固態(tài)金屬Cu焊盤界面反應(yīng)行為研究.pdf

1、微電子封裝中金屬銅被廣泛應(yīng)用為焊盤及互連引線材料。在元器件的回流工藝中,銅基焊點(diǎn)在多次回流后常常會(huì)存在金屬間化合物層過厚的問題,過厚的金屬間化合物層會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的脆性增大,并在服役過程中成為焊點(diǎn)開裂的潛在原因,從而極大的降低了焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)可靠性。本課題針對以上的問題,提出應(yīng)用金屬間化合物本身作為銅元素的擴(kuò)散阻擋層從而抑制后續(xù)的金屬間化合物的生長的新思路,研宄了不同溫度下錫薄膜釬料與銅焊盤生成的金屬間化合物的形貌演變、粗化行為及相關(guān)生長動(dòng)力學(xué)

2、問題,以及再次重熔后金屬間化合物的形貌演變及粗化行為,因此本課題對提高焊點(diǎn)的可靠性具有重要的意義。
　　本文設(shè)計(jì)了三種不同厚度的Sn薄膜進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),在兩種反應(yīng)控制機(jī)制條件下(即重熔條件和老化條件)得到不同結(jié)構(gòu)的金屬間化合物層,觀測了金屬間化合物的形貌并計(jì)算了金屬間化合物層的厚度,發(fā)現(xiàn)了在晶體的生長過程中前期主要是受熟化作用的影響,而后期主要是晶粒之間的融合作用,并且CusSm都為表面圓滑的扇貝狀形貌。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果預(yù)測,薄膜的厚度

3、越薄生成的金屬間化合物的尺寸越大;溫度越高且時(shí)間越長尺寸也會(huì)變大。以上得到的不同結(jié)構(gòu)的金屬間化合物為后續(xù)的再次重熔進(jìn)行了鋪墊且具有很強(qiáng)的對比性。根據(jù)以上制備的不同結(jié)構(gòu)的金屬間化合物層為基礎(chǔ),在其表面再次植球并重熔,發(fā)現(xiàn)生成的金屬間化合物層的厚度要明顯小于正常情況下置球時(shí)的厚度,并且在前期得到的金屬間化合物的尺寸越大,再次重熔后生成的金屬間化合物層的厚度要越薄,所以Sn薄膜的厚度越薄,其抑制C u焊盤的消耗和金屬間化合物的生長的作用要更好

4、。其中原因在于,Cu原子主要是通過晶體之間的孔道向釬料中擴(kuò)散的,S n薄膜的厚度越薄,晶體的尺寸越大,晶體之間的孔道也會(huì)相應(yīng)的減少,C u原子的擴(kuò)散會(huì)受阻,進(jìn)而金屬間化合物的生長也會(huì)受到抑制。本文還研宄了老化條件下形成的金屬間化合物的形貌及粗化行為,發(fā)現(xiàn)相較于重熔條件下形成的金屬間化合物,老化條件下生成的金屬間化合物的晶粒之間更加緊密,然而再次重熔的過程中,這些晶粒之間會(huì)產(chǎn)生開槽現(xiàn)象,并且晶粒的尺寸不是很大且粗化速率太慢,這些條件不利于