Sn-8Zn-3Bi焊點(diǎn)微互連高度下界面反應(yīng)及可靠性研究.pdf

1、電子產(chǎn)品的微型化進(jìn)程推動(dòng)倒裝芯片技術(shù)在微電子封裝中的應(yīng)用并成為新一代芯片級(jí)和晶圓級(jí)等封裝形式的主流技術(shù)，細(xì)間距的晶圓級(jí)封裝要求采用高度<100μm的微焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連。當(dāng)互連高度較小時(shí)，焊料體積與潤(rùn)濕面積的比值減小，大部分焊料在回流過程將與焊盤金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，焊料層中的顯微結(jié)構(gòu)和組織成份將發(fā)生很大的變化，生成的IMC 在焊點(diǎn)中的比例較大，導(dǎo)致焊點(diǎn)性能降低，且這種影響將隨著互連高度的減小進(jìn)一步加劇。所以，研究互連高度對(duì)焊點(diǎn)微觀組織和可靠性影

2、響是很有必要的。
　　 本文采用Sn-8Zn-3Bi焊料研究在一次回流和老化條件下四種互連高度(100μm、50μm、20μm、10μm)的Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu 焊點(diǎn)的界面反應(yīng)和微觀組織變化，并采用拉伸試驗(yàn)研究微小互連高度對(duì)焊點(diǎn)機(jī)械性能的影響。對(duì)一次回流后Cu/Sn-8Zn-3Bi/Cu 焊點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)，在四種互連高度焊點(diǎn)上下兩個(gè)界面處都是形成兩種金屬間化合物，其中靠近焊料層的是一薄層表面凸凹不平的ε-CuZn5 相金

3、屬間化合物?？拷麮u基板的一層為平坦的γ-Cu5Zn8 相金屬間化合物。隨著互連高度的降低，兩側(cè)IMC的平均厚度降低，IMC所占焊點(diǎn)的比例增加。在焊料層中隨著互連高度的減小，焊點(diǎn)中富Zn 相(黑色針狀組織)的減少很顯著。另外，隨著互連高度由100μm降到50μm、20μm 最后到10μm，焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度增加，而且在拉伸試驗(yàn)中，四種焊點(diǎn)的斷裂位置都是發(fā)生在第一層IMC與焊料層之間。在老化試驗(yàn)中，隨著老化時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，焊料體的微觀結(jié)構(gòu)與組

4、織成份，界面處金屬間化合物都將發(fā)生變化。IMC的過度生長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重惡化了焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度。對(duì)于同一互連高度焊點(diǎn)，隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度降低；同時(shí)，對(duì)于老化相同時(shí)間的焊點(diǎn)，隨著互連高度的降低，焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度也在減小。另外，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，η-Cu6Sn5 相金屬間化合物開始在SOH 低的焊點(diǎn)中出現(xiàn)，此時(shí)，半焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)為Solder/η-Cu6Sn5/γ-Cu5Zn8/η-Cu6Sn5/Cu。對(duì)于拉伸試驗(yàn)，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，焊點(diǎn)的