顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料電遷移特性研究.pdf

1、伴隨著倒裝芯片焊點(diǎn)不斷向微型化,高封裝密度化發(fā)展,焊點(diǎn)可靠性問題成為不可忽視的問題。倒裝芯片焊點(diǎn)中電遷移現(xiàn)象已成為引起集成電路失效的一種重要機(jī)制。本文研究目的是探索無鉛復(fù)合釬料的電遷移特性,從材料設(shè)計(jì)的角度尋找對于通電焊點(diǎn)電遷移作用具有抵制作用的顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料。
　　 本試驗(yàn)使用了Cu、Ni顆粒和具有納米結(jié)構(gòu)的籠形硅氧烷齊聚物(polyhedraloligomeric silsesquioxane,POSS)作為增強(qiáng)顆粒,使用

2、Sn-Bi和Sn-3.5Ag二元合金釬料作為基體釬料。為了摒棄焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)引起的電遷移現(xiàn)象,試驗(yàn)中制備了具有均勻電流密度分布的一維焊點(diǎn)。焊點(diǎn)通電試驗(yàn)分別在低溫(25℃)和高溫(50℃)情況下實(shí)施,通電采用的電流密度為104A/cm2。在焊后和通電過程中,觀察了焊點(diǎn)表面形貌的變化和內(nèi)部顯微組織的改變,以此來衡量焊點(diǎn)在電流作用下電遷移的現(xiàn)象。試驗(yàn)采用了光學(xué)顯微鏡,共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)以及掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察和表征。

3、>　　 本文研究了兩種Sn-Bi+POSS顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的電遷移特性。在25℃環(huán)境溫度下通電過程中,Sn-Bi+2 wt.％POSS1和Sn-Bi+3wt.％POSS2釬料焊點(diǎn)均表現(xiàn)出對于電流影響的有效抵制作用。在通電336h的過程中,共晶Sn-Bi焊點(diǎn)表面正極處形成了連續(xù)的小丘,負(fù)極處形成了平行于界面的裂紋和凹陷。然而,在含有POSS增強(qiáng)顆粒的焊點(diǎn)中并未產(chǎn)生上述典型電遷移現(xiàn)象。對比于共晶Sn-Bi釬料內(nèi)部的顯微組織,Sn-Bi+2

4、 wt.％POSS1和Sn-Bi+3 wt.％POSS2釬料焊點(diǎn)兩極處形成的富Bi和富Sn層的厚度較小,焊點(diǎn)中兩相分離的現(xiàn)象明顯受到抑制。在50℃下進(jìn)行通電時,Sn-Bi+2 wt.％POSS1和Sn-Bi+3 wt.％POSS2釬料焊點(diǎn)表面損傷也均少于共晶Sn-Bi釬料焊點(diǎn)。由于POSS顆粒具有體積小,不發(fā)生團(tuán)聚,與釬料產(chǎn)生良好的結(jié)合以及在焊點(diǎn)中分布均勻的特點(diǎn),POSS顆?？梢蕴岣逽n-Bi基釬料焊點(diǎn)抵御電遷移能力。雖然通電過程中,電

5、流、環(huán)境溫度以及焦耳熱的共同作用加速了Sn和Bi原子的擴(kuò)散得到,POSS顆粒仍然有效阻礙了其運(yùn)動。
　　 本文還研究了微米級Cu或Ni顆粒增強(qiáng)Sn-3.5Ag復(fù)合釬料的電遷移特性。釬焊后Sn-3.5Ag+5 vol.％Cu焊點(diǎn)內(nèi)部生成了含有或者沒有Cu內(nèi)核的Cu6Sn5顆粒,該種顆粒對于焊點(diǎn)釬料的移動具有阻礙作用。釬焊后在Sn-3.5Ag+5 vol.％Ni焊點(diǎn)內(nèi)部生成的細(xì)碎(Ni,Cu)3Sn4顆粒在釬料內(nèi)部均勻分布,構(gòu)成近乎