釬焊接頭金屬間化合物層形貌對擴散濃度和應(yīng)力的影響

劉文斌, 李宏萍,張旭東, 孫學(xué)敏, 任軍強*

(1. 云南錫業(yè)集團(控股)有限責(zé)任公司 研發(fā)中心, 云南 昆明 650106; 2. 西安交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心, 陜西 西安 710049; 3. 蘭州理工大學(xué) 省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室, 甘肅 蘭州 730050)

在微電子封裝技術(shù)中焊點的可靠性在某種程度上取決于焊點與涂飾或電鍍材料界面上金屬間化合物(IMC)的形成[1].1～2 μm IMC的生長通常也被認(rèn)為是焊接及潤濕性良好的標(biāo)志,盡管這些IMC可能具有脆性[2].在芯片封裝技術(shù)中微焊點連接多采用軟釬焊技術(shù),Sn釬料與Cu焊盤界面間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和擴散而形成IMC層,其成分主要為Cu6Sn5和Cu3Sn.這種IMC的形成對產(chǎn)品的力學(xué)行為有重要的影響,尤其是焊接點Cu6Sn5的過度生長容易發(fā)生斷裂,導(dǎo)致焊點強度和壽命降低[3].然而過厚的IMC層并不是焊接接頭強度退化的唯一原因,例如使用SnBi系釬料代替SnPb系釬料時,釬料與基材之間的Bi偏析也會嚴(yán)重影響接頭的強度[4-5],另外,焊接過程中在界面形成的空洞也會影響到焊點的力學(xué)性能[6-7].可見焊接接頭的可靠性對芯片封裝的質(zhì)量至關(guān)重要.

基體材料在焊接過程中都可以與錫基釬料形成不同的IMC,隨著焊接溫度或時間的增加,IMC層的厚度和Cu6Sn5晶粒尺寸增大,特別是隨著封裝的不斷小型化,IMC與焊錫的比例隨著互連線的縮小而增加.以往的研究證實,在高溫時效環(huán)境下,接頭的強度通常隨著IMC層厚度的增加而惡化[8],這種促使IMC厚度增加的主要原因是Sn原子和Cu原子在梯度方向擴散的……