Cu3Sn誘發(fā)薄膜影響Cu-Sn反應(yīng)機(jī)理及應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今時(shí)代微電子技術(shù)飛速發(fā)展，微電子集成電路尺寸越來越小，封裝維度由二維擴(kuò)展到三維立體封裝，封裝密度越來越高。由于高密度封裝要求更小的焊點(diǎn)體積，長期服役后金屬間化合物（Intermentallic Compounds,簡稱IMC）所占的比重將越來越大。而IMC/釬料界面在無鉛釬料的變形、裂紋萌生、擴(kuò)展和斷裂過程中容易成為焊點(diǎn)薄弱點(diǎn)。為了克服這一缺陷，越來越多的研究者關(guān)注全I(xiàn)MC焊點(diǎn)——即全由IMC相組成的小尺寸焊點(diǎn)的制備。然而，阻礙全I(xiàn)M

2、C焊點(diǎn)工業(yè)化應(yīng)用的突出問題在于如何控制焊點(diǎn)中IMC的生長。本文借鑒晶圓制造業(yè)中籽晶誘發(fā)的原理，提出誘發(fā)薄膜控制Cu/Sn界面反應(yīng)的方法。
　　本文首先確定了本課題所用到的Sn在不同厚度的條件下完全轉(zhuǎn)化為Cu3Sn需要的時(shí)間，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。其次介紹了制備Cu3Sn誘發(fā)薄膜的工藝，通過引入電流、單晶銅基板的創(chuàng)新方法，制備了四種不同的誘發(fā)薄膜基板。通過設(shè)立對(duì)照組，使用電子背散射衍射（EBSD）的表征手段具體分析了電流、單晶銅基板對(duì)

3、于誘發(fā)薄膜晶粒取向、晶粒大小等方面的影響。然后研究了誘發(fā)薄膜的表面處理工藝，以獲得表面平整度良好的誘發(fā)薄膜。接下來研究了四種誘發(fā)薄膜對(duì)于誘發(fā)效果的影響。并且通過原位觀察的方法研究了在誘發(fā)薄膜表面生長新的Cu3Sn的過程，以此研究了誘發(fā)過程中長條晶粒包裹近似等軸晶?，F(xiàn)象的機(jī)理，并從原子面密度的角度解釋了誘發(fā)結(jié)果中晶粒取向服從的規(guī)律。最后將誘發(fā)薄膜與多層薄膜相結(jié)合，研究了二者在焊點(diǎn)制備中的影響。
　　研究結(jié)果表明：電流能夠促進(jìn)Cu3S

4、n晶粒沿著電流方向上的生長，促進(jìn)大角度晶界的產(chǎn)生；單晶銅基板則能夠促進(jìn)Cu3Sn沿著特定方向生長，促進(jìn)小角度晶界的產(chǎn)生。但二者不會(huì)對(duì)晶粒取向分布規(guī)律產(chǎn)生明顯影響。在誘發(fā)過程中，晶粒尺寸具有繼承規(guī)律即晶粒尺寸較大的誘發(fā)薄膜所誘發(fā)生成的Cu3Sn晶粒也會(huì)在尺寸上更大；取向差角則不具有繼承規(guī)律，相反無論誘發(fā)薄膜取向差角分布如何，在后續(xù)加熱老化誘發(fā)過程中都將發(fā)生取向角向60°集中轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，這是因?yàn)镃u/Cu3Sn之間存在類似馬氏體與奧氏體之間

5、的N-W位向關(guān)系。誘發(fā)結(jié)果中出現(xiàn)長條晶粒包裹近等軸晶粒的原因在于相鄰Cu3Sn晶粒在吞并同一個(gè)Cu6Sn5晶粒時(shí)速度差異過大。無論是誘發(fā)前，誘發(fā)過程中還是誘發(fā)結(jié)束后Cu3Sn的<100>晶向始終平行TD方向，這可以通過晶面原子密度得到解釋。
　　多層薄膜可以有效的提高全Cu3Sn焊點(diǎn)的形成速率。而誘發(fā)薄膜減少了擴(kuò)散路徑、增大擴(kuò)散距離，表現(xiàn)為抑制新的Cu3Sn生長。多層薄膜焊點(diǎn)由于手工堆疊工藝的不完善，當(dāng)Cu6Sn5與Cu3Sn共存