基于TLP冶金連接機制的Sn-Cu微顆粒復合焊料的應用研究.pdf

1、隨著集成電路的多功能、高密度、小型化發(fā)展，微電子系統(tǒng)內(nèi)互連焊點的尺寸持續(xù)變小，焊點的耐熱問題日益突出。對于一些大功率的設備（如大功率LED），其工作時內(nèi)部芯片級互連焊點需承受200～300℃以上的高溫，超過了絕大多數(shù)無鉛焊料的熔點。為了提高焊點的服役溫度，只有選用熔點更高的焊料。對于目前可用的高鉛焊料和金錫合金焊料等高熔點焊料來說，前者對人體和環(huán)境有嚴重危害，其淘汰已是大勢所趨，而后者價格成本又太高。以上這些問題大大阻礙了電子產(chǎn)品高密度

2、化的進程。因此，低溫下快速形成高熔點互連焊點是目前電子封裝技術(shù)進一步發(fā)展亟需解決的問題。
　　本課題基于Sn/Cu瞬間液相反應的冶金連接機理，設計了不同尺度范圍的Sn/Cu微顆粒復合焊料，利用Sn基焊料低熔點、與Cu高潤濕性的特點，短時間內(nèi)兩者可以充分融合，在低溫無壓環(huán)境下快速形成高熔點的金屬間化合物焊點，實現(xiàn)低溫連接高溫服役的目的，并對 Sn/Cu微顆粒之間的冶金連接機制做了討論。
　　研究了不同尺度Sn/Cu微顆粒之間的

3、冶金反應，結(jié)果表明Sn/Cu微顆粒復合焊料具有很高的轉(zhuǎn)化效率，焊點內(nèi)絕大多數(shù)成分可以在250℃下3 min內(nèi)轉(zhuǎn)化為高熔點的Cu-Sn化合物，形成一種多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?？锥吹闹睆脚c復合焊料中 Sn顆粒的粒徑相近。此外，焊點組織的局部含有未反應的Sn，復合焊料中Sn顆粒的粒徑越大，焊點組織中殘余Sn的量就越多。
　　研究了不同尺度 Sn/Cu微顆粒復合焊料形成的焊點的力學強度，在裸銅焊盤上復合焊料形成焊點的剪切強度超過10 MPa，遠高

4、于目前芯片封裝中常用的導電膠等材料。通過對剪切位置和斷口形貌分析可知，復合焊料在界面處的連接缺陷嚴重影響了焊點的剪切強度。
　　通過在焊盤上鍍錫對Sn/Cu微顆粒復合焊料所形成焊點的界面微觀組織進行改善，提高焊點強度。結(jié)果表明焊盤鍍錫層明顯抑制了復合焊料界面處的孔洞缺陷，優(yōu)化了焊盤與焊料之間的微觀組織。但是當鍍錫層過厚時，焊點界面處將會有比較多的未反應的Sn，化合物Cu6Sn5以小島的形式彼此獨立存在。大量殘余Sn的存在降低了剪切