微球超聲鍵合中銅錫化合物形成機制與可靠性研究.pdf

1、電子器件的小型化和高密度集成發(fā)展對封裝行業(yè)提出了更多的挑戰(zhàn)，其中倒裝互連封裝技術(shù)雖然得到了廣泛的應(yīng)用卻仍然存在諸多可靠性問題。超聲鍵合倒裝互連封裝技術(shù)由于具有焊接時間短、對于器件熱損傷小及焊點界面局部加熱應(yīng)力失配小等優(yōu)勢，獲得業(yè)界極大關(guān)注。在超聲鍵合過程中，界面銅錫化合物的形成與生長是互連焊點形成可靠機械連接與電氣導(dǎo)通的關(guān)鍵，因此成為超聲鍵合技術(shù)研究的重點和難點。為此本文通過實驗與半定量計算，著重分析了微球超聲鍵合初始階段 Cu焊盤側(cè)界

2、面 Cu-Sn化合物的生長形貌、物相種類、化合物生長順序及化合物分布對互連點可靠性的影響。
　　本文首先設(shè)計了針對17×17 mm2的BGA器件（256個釬料凸點）與印制電路板（PCB）超聲鍵合的方形帶凹口的焊頭和焊架，進而成功搭建了超聲鍵合實驗平臺，為微球超聲焊接機理和可靠性的研究提供了設(shè)備保證。
　　其次，根據(jù) Cu焊盤側(cè)界面 Cu-Sn化合物的生長形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)分析將所形成化合物分為三個區(qū)域；結(jié)合 EDS和AES兩種

3、元素成分分析手段建立了半定量計算模型，并由微區(qū) XRD分析確定了Cu焊盤側(cè)界面 Cu6Sn5和Cu3Sn相的存在和分布；提出超聲鍵合過程中 Cu界面先形成 Cu3Sn相，隨后局部轉(zhuǎn)化為非均勻 Cu6Sn5相的觀點；提出了助焊劑對Cu3Sn相形成有輔助作用；提出Cu6Sn5相在超聲空化作用和熱效應(yīng)的影響下，由區(qū)域 I逐漸向區(qū)域II和III過渡的規(guī)律。
　　再次，比較了釬料凸臺與單晶 Cu和多晶 Cu兩種基板在超聲鍵合時產(chǎn)生的界面化合