【摘要】：隨著集成電路中互連焊點(diǎn)微型化及互連材料無鉛化的發(fā)展趨勢(shì),微電子工業(yè)界對(duì)互連焊點(diǎn)的可靠性越來越重視。影響互聯(lián)焊點(diǎn)可靠性的最關(guān)鍵因素是界面反應(yīng),因此,對(duì)無鉛釬料的界面反應(yīng)展開深入研究具有重要意義。Sn-Bi系無鉛釬料以其熔點(diǎn)低、潤(rùn)濕性好等特性被認(rèn)為是傳統(tǒng)Sn-Pb釬料的理想替代品并已在工業(yè)中得到應(yīng)用。本文以熔點(diǎn)最接近Sn-37Pb的Sn-35Bi-1Ag無鉛釬料為研究載體,分別選取電子工業(yè)中廣泛使用的Cu、Ni-P/Cu為焊盤金屬層,對(duì)兩種典型Sn-35Bi-1Ag無鉛焊點(diǎn)的界面反應(yīng)進(jìn)行了研究,針對(duì)焊點(diǎn)服役過程產(chǎn)生的缺陷,提出以Ni-Co-P改性層取代傳統(tǒng)Ni-P擴(kuò)散阻擋層的解決方案,并探究了Ni-Co-P鍍層對(duì)焊點(diǎn)界面反應(yīng)的影響。相關(guān)研究?jī)?nèi)容如下:(1)Sn-35Bi-1Ag/Cu的焊點(diǎn)界面反應(yīng)研究。研究了Sn-35Bi-1Ag/Cu的焊點(diǎn)微觀組織演變、界面IMC的生長(zhǎng)行為及晶粒粗化行為,結(jié)果表明回流后的界面為扇貝狀Cu_6Sn_5層,時(shí)效過程中Cu_6Sn_5層不斷變厚,并有很薄的Cu_3Sn層出現(xiàn)在Cu_6Sn_5/Cu界面,最終的界面為較厚的層狀Cu_6Sn_5和較薄的Cu_3Sn層。在Cu_3Sn生長(zhǎng)過程中,界面處有Bi偏析和Kirkendall空洞出現(xiàn),對(duì)焊點(diǎn)可靠性產(chǎn)生削弱作用。IMC層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示,130℃和150℃時(shí)效溫度的IMC生長(zhǎng)速率常數(shù)分別為0.0993 um/h~(0.5)和0.1413 um/h~(0.5),可見焊點(diǎn)服役溫度不同,IMC生長(zhǎng)速度也不一樣。150℃的時(shí)效溫度下,Cu_6Sn_5和Ag_3Sn晶粒的生長(zhǎng)指數(shù)分別為0.2388和0.3370,可見晶粒的粗化行為與晶粒種類有密切關(guān)系。(2)Sn-35Bi-1Ag/Ni-P/Cu焊點(diǎn)界面反應(yīng)研究。通過制備薄(約1 um)、中(約5um)、厚(約10 um)三種Ni-P鍍層,研究擴(kuò)散阻擋層厚度對(duì)界面反應(yīng)的影響。結(jié)果表明,經(jīng)回流與時(shí)效后,薄鍍層焊點(diǎn)界面最終呈現(xiàn)復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)(Cu,Ni)_6Sn_5+Ni_2SnP+(Cu,Ni)_6Sn_5,而中、厚鍍層的焊點(diǎn)界面最終均為(Ni,Cu)_3Sn_4+Ni_2SnP+Ni_3P的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)Ni-P鍍層時(shí)效過程中因消耗而逐漸轉(zhuǎn)化為Ni_3P晶化層,Ni_3P層增厚過程中內(nèi)部伴隨大量空洞或微裂紋出現(xiàn),當(dāng)Ni-P層全部轉(zhuǎn)化為Ni_3P后,Ni_3P繼續(xù)被消耗形成較為穩(wěn)定的Ni_2SnP化合物。生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明,薄、中、厚三種鍍層的焊點(diǎn)界面IMC層的生長(zhǎng)速率常數(shù)分別為0.4040 um/h~(0.5),0.1137 um/h~(0.5),0.4399 um/h~(0.5),因此,中等厚度(約5 um)的Ni-P鍍層能符合最佳焊盤厚度參數(shù)指標(biāo)。(3)Sn-35Bi-1Ag/Ni-Co-P/Cu焊點(diǎn)界面反應(yīng)研究。具體對(duì)Ni-Co-P焊點(diǎn)服役過程中的界面微觀組織結(jié)構(gòu)、IMC生長(zhǎng)行為進(jìn)行了研究,并與同等條件的Cu、Ni-P焊點(diǎn)進(jìn)行橫向?qū)Ρ�。結(jié)果表明,Sn-35Bi-1Ag/Ni-Co-P/Cu焊點(diǎn)時(shí)效階段界面IMC始終為(Ni,Co)_3Sn_4,未見Cu固溶物。(Ni,Co)_3Sn_4層增厚過程中,Ni-Co-P持續(xù)消耗生成(Ni,Co)_3P,鍍層始終保持良好的阻擴(kuò)散性能,且無空洞、微裂紋出現(xiàn),界面層未見Bi偏析現(xiàn)象。進(jìn)一步的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示,150℃固態(tài)時(shí)效的Ni-Co-P焊點(diǎn)界面IMC層的生長(zhǎng)速率常數(shù)為0.09843 um/h~(0.5),低于同等條件的Cu及Ni-P焊點(diǎn)中IMC層生長(zhǎng)速率常數(shù)。Co元素有效減緩了焊接及服役階段Ni-P鍍層的晶化行為,提高了Ni-Co-P層的擴(kuò)散阻擋效果,使焊點(diǎn)中IMC生長(zhǎng)受到抑制。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN405;TG40
【圖文】：

圖1-1分級(jí)封裝示意圖

第 1 章 緒論中主要通過引線鍵合，載帶自動(dòng)焊和倒裝鍵合技術(shù)間的結(jié)合[2-4]。引線鍵合技術(shù)和載帶自動(dòng)焊均用金或別在于，引線鍵合中的連接點(diǎn)是逐次形成的，載帶現(xiàn)互聯(lián)焊點(diǎn)一步成型[5,6]。倒裝鍵合技術(shù)應(yīng)用焊球與上直接制備焊球點(diǎn)陣，基板處沉積合適金屬層，再上，如圖 1-2 所示。倒裝鍵合技術(shù)一般采用蒸發(fā)與電得到的金屬層為接觸層，可焊層與阻擴(kuò)散層組成的成了焊點(diǎn)下金屬層，它們用于改善釬焊界面潤(rùn)濕性Ni 是最重要的焊點(diǎn)下金屬層材料，可焊層與接觸層界面[8]，Ni 因與釬料反應(yīng)速率小，常用作阻擴(kuò)散層u 層因消耗變薄，Ni 逐步參與到焊料中反應(yīng)。通常為 Ni 層上鍍覆上薄的 Au 層。

Bi 系無鉛釬料及其研究現(xiàn)狀-Bi 系無鉛釬料基本性能-5 所示為 Sn-Bi 二元合金相圖，根據(jù)圖示共晶點(diǎn)可知 Sn-Bi 二是 Sn-57 wt% Bi，其熔化溫度為 138℃，低于傳統(tǒng) Sn-Pb 釬料料的低熔點(diǎn)特性，使其具有很好的工藝兼容性，在外層的分級(jí)感處的封裝，都不用擔(dān)心釬焊溫度過高而損壞元件。封裝焊點(diǎn)素構(gòu)成的接頭，存在材料之間的熱膨脹系數(shù)差異，這對(duì)功能連為不利的。低熔點(diǎn) Sn-Bi 釬料在較低溫度下與電子元件或電路小高溫效應(yīng)下材料熱膨脹系數(shù)不匹配所造成的焊點(diǎn)殘余應(yīng)力的用 Sn-Bi 焊料合金進(jìn)行焊接，能有效提高焊接層的焊接工藝氣較為均勻。當(dāng)鍵合區(qū)沒有或較少出現(xiàn)氣泡、焊縫夾渣等缺陷時(shí)劑額污染，滿足低溫氣密性封裝的基本要求[28]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊淼森;孔祥霞;;基于納米壓痕法的SnBi-xNi釬料的塑性比較[J];電子元件與材料;2015年10期

2 周敏波;馬驍;張新平;;BGA結(jié)構(gòu)Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊點(diǎn)低溫回流時(shí)界面反應(yīng)和IMC生長(zhǎng)行為[J];金屬學(xué)報(bào);2013年03期

3 許磊;張宇鵬;張宇航;易江龍;楊凱珍;;時(shí)效處理對(duì)Sb改性的Sn-58Bi低溫?zé)o鉛釬料的影響[J];材料研究與應(yīng)用;2010年04期

4 何洪文;徐廣臣;郭福;;電遷移促進(jìn)Cu/Sn-58Bi/Cu焊點(diǎn)陽極界面Bi層形成的機(jī)理分析[J];焊接學(xué)報(bào);2010年10期

5 何鵬;呂曉春;張斌斌;馬鑫;錢乙余;;合金元素對(duì)Sn-57Bi無鉛釬料組織及韌性的影響[J];材料工程;2010年10期

6 李志明;錢士強(qiáng);王偉;劉繼華;;熱處理溫度對(duì)電刷鍍Ni-P鍍層組織的影響[J];金屬學(xué)報(bào);2010年07期

7 黃慶紅;;電子元器件封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J];電子與封裝;2010年06期

8 黃明亮;柏冬梅;;釬焊及時(shí)效過程中化學(xué)鍍Ni-P與Sn-3.5Ag的界面反應(yīng)[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2010年06期

9 張富文;徐駿;胡強(qiáng);賀會(huì)軍;王志剛;;Sn-30Bi-0.5Cu低溫?zé)o鉛釬料的微觀組織及其力學(xué)性能[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2009年10期

10 胡麗;曾明;沈保羅;;Sn-Bi無鉛焊料的研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年16期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 余嘯;典型釬焊體系潤(rùn)濕鋪展動(dòng)力學(xué)及微互連焊點(diǎn)界面微結(jié)構(gòu)研究[D];南昌大學(xué);2017年

2 郝成麗;Sn-58Bi復(fù)合釬料的制備與釬焊性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 李香凝;SnBi低溫焊料的性能研究[D];江蘇科技大學(xué);2016年

4 崔益鵬;單晶銅在無鉛釬料中的界面反應(yīng)及溶解行為[D];大連理工大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2763369