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Sn-8Zn-3Bi焊点微互连高度下界面反应及可靠性研究

作　者: 杜彬
导　师: 吴丰顺
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 互连高度微型化金属间化合物老化拉伸性能
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电子产品的微型化进程推动倒装芯片技术在微电子封装中的应用并成为新一代芯片级和晶圆级等封装形式的主流技术,细间距的晶圆级封装要求采用高度<100μm的微焊点实现互连。当互连高度较小时,焊料体积与润湿面积的比值减小,大部分焊料在回流过程将与焊盘金属发生冶金反应,焊料层中的显微结构和组织成份将发生很大的变化,生成的IMC在焊点中的比例较大,导致焊点性能降低,且这种影响将随着互连高度的减小进一步加剧。所以,研究互连高度对焊点微观组织和可靠性影响是很有必要的。本文采用Sn-8Zn-3Bi焊料研究在一次回流和老化条件下四种互连高度(100μm、50μm、20μm、10μm)的Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点的界面反应和微观组织变化,并采用拉伸试验研究微小互连高度对焊点机械性能的影响。对一次回流后Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点研究发现,在四种互连高度焊点上下两个界面处都是形成两种金属间化合物,其中靠近焊料层的是一薄层表面凸凹不平的ε-CuZn5相金属间化合物。靠近Cu基板的一层为平坦的γ-Cu5Zn8相金属间化合物。随着互连高度的降低,两侧IMC的平均厚度降低,IMC所占焊点的比例增加。在焊料层中随着互连高度的减小,焊点中富Zn相(黑色针状组织)的减少很显著。另外,随着互连高度由100μm降到50μm、20μm最后到10μm,焊点的拉伸强度增加,而且在拉伸试验中,四种焊点的断裂位置都是发生在第一层IMC与焊料层之间。在老化试验中,随着老化时间的不断延长,焊料体的微观结构与组织成份,界面处金属间化合物都将发生变化。IMC的过度生长,会严重恶化了焊点的拉伸强度。对于同一互连高度焊点,随老化时间的延长,焊点的抗拉强度降低;同时,对于老化相同时间的焊点,随着互连高度的降低,焊点的抗拉强度也在减小。另外,随着老化时间的延长,η-Cu6Sn5相金属间化合物开始在SOH低的焊点中出现,此时,半焊点结构为Solder/η-Cu6Sn5/γ-Cu5Zn8/η-Cu6Sn5/Cu。对于拉伸试验,随着老化时间的延长,焊点的拉伸断裂由Solder/IMC界面向IMC内部断裂过渡,而且断裂模式由韧性断裂向脆性断裂过渡。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 本课题的研究意义  9-11
  1.2 无铅焊料的特性及研究现状  11-18
  1.3 国内外电子封装微型化研究现状  18-20
  1.4 本课题的研究目的和研究内容  20-22
2 试验过程及研究方法  22-30
  2.1 研究的工艺路线  22
  2.2 不同互连高度焊点的制备  22-26
  2.3 焊点的界面反应机理研究  26-28
  2.4 微小互连高度焊点的拉伸性能的研究  28-30
3 微小互连高度下焊点的界面反应及可靠性研究  30-43
  3.1 互连高度对一次回流后焊点的显微结构和组织成分的影响  31-38
  3.2 互连高度对一次回流后焊点的拉伸性能的影响  38-41
  3.3 本章小结  41-43
4 老化对微小焊点的界面反应及可靠性的影响  43-66
  4.1 老化100h 后焊点的微观组织变化和拉伸性能测试  44-52
  4.2 老化200h 后焊点的微观组织变化和拉伸性能测试  52-58
  4.3 老化500h 后焊点的微观组织变化和拉伸性能测试  58-62
  4.4 分析与讨论  62-65
  4.5 本章小结  65-66
5 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录  73

Sn-8Zn-3Bi焊点微互连高度下界面反应及可靠性研究

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