微型化條件下銅基體與無(wú)鉛釬料的界面反應(yīng).pdf

1、當(dāng)前，隨著3D封裝技術(shù)快速發(fā)展，與之相應(yīng)的倒裝芯片凸點(diǎn)的尺寸顯著下降。微型化條件下，焊點(diǎn)在釬焊及后期服役過(guò)程中界面反應(yīng)行為發(fā)生變化，界面金屬間化合物(IMC)占整個(gè)微焊點(diǎn)的比例顯著升高。而作為保證焊點(diǎn)可靠冶金結(jié)合的界面IMC層，其生長(zhǎng)行為的研究也變得至關(guān)重要。同時(shí)微焊點(diǎn)所承受的電流及應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)隨之增加，其可靠性面臨更為嚴(yán)苛的新挑戰(zhàn)。此外，隨著凸點(diǎn)尺寸的減少，UBM基體的晶粒尺寸及晶體學(xué)取向?qū)更c(diǎn)界面反應(yīng)的影響愈發(fā)明顯，不同的微觀狀態(tài)將

2、引起基體溶解及界面IMC生長(zhǎng)行為的顯著差異。而無(wú)鉛釬料具有更高的熔點(diǎn)和Sn含量，其應(yīng)用進(jìn)一步致使焊點(diǎn)界面反應(yīng)加劇。因此，本論文從兩方面出發(fā)，考察微型化條件下銅基體與無(wú)鉛釬料的界面反應(yīng)。
　　首先，選用(111)單晶Cu作為基體金屬，研究時(shí)效過(guò)程中其與三種無(wú)鉛釬料（純Sn、Sn-0.7Cu與Sn-0.7Cu-0.1Ni）的固/固界面反應(yīng)，考察了界面IMC的形貌演變規(guī)律及生長(zhǎng)行為。研究結(jié)果表明，浸焊后，純Sn、Sn-0.7Cu與(11

3、1)單晶Cu基體界面處生成了沿三個(gè)互成60°的方向規(guī)則排布的棱晶狀Cu6Sn5。150℃下，經(jīng)短時(shí)間時(shí)效處理后，這種Cu6Sn5棱晶狀規(guī)則排布的形貌迅速消褪，并被多面扇貝狀Cu6Sn5所取代。這是由于Cu3Sn在Cu6Sn5/單晶Cu基體間的快速形成破壞了初始的界面連續(xù)性，導(dǎo)致熱力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生移動(dòng)。釬料中添加0.7 wt.％Cu后，促進(jìn)了固/固時(shí)效過(guò)程中界面IMC的生長(zhǎng);而0.1wt.％Ni的加入也顯著改變了界面IMC的形貌及其在時(shí)效

4、過(guò)程中的生長(zhǎng)行為，Ni的添加一方面促進(jìn)了固/液界面反應(yīng)過(guò)程中界面IMC的生長(zhǎng)，另一方面也降低了時(shí)效過(guò)程中界面IMC的生長(zhǎng)速率，并抑制了Cu3Sn的生長(zhǎng)。這是由于Ni相較于Cu原子，與Sn具有更強(qiáng)的化學(xué)親和力，Ni的加入改變了界面反應(yīng)過(guò)程中IMC的形核行為及其化學(xué)穩(wěn)定性所致。
　　然后，采用擴(kuò)散連接的方法制備了Cu/Sn/Cu窄間距接頭，研究了釬焊過(guò)程中接頭界面IMC的形貌和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果表明，250℃下，Sn/Cu界面處形成