無鉛軟釬料焊點界面Cu6Sn5相的電遷移行為研究.pdf

1、電遷移(Electromigration)是電流驅動的物質傳遞過程,它是造成凸點失效的主要原因之一。如今隨著器件小型化的趨勢,凸點的特征尺寸急劇降低,其電流密度顯著上升,且平均電流密度值已達到凸點電遷移發(fā)生門檻值(104A/cm2),因此對凸點電遷移行為的研究具有重要意義。Cu6Sn5相作為Sn/Cu界面最常見的金屬間化合物(IMC),其電遷移行為的研究有助于深入分析凸點的可靠性問題。為此本文以Cu6Sn5相為例,選取 Sn3.0Ag0

2、.5Cu和 Sn0.7Cu釬料制備的無鉛搭接焊點,通過時效、恒溫以及油浴通電進行原位和非原位電遷移實驗,并對焊點界面Cu6Sn5相的電遷移行為進行系統(tǒng)的研究。
　　本文通過對四組非原位電遷移實驗現(xiàn)象的觀察并結合K.N.Tu關于Cu6Sn5相的電遷移動力學模型,總結出電遷移過程中陰/陽極界面處Cu6Sn5相層的演化機制。其中,陰極處Cu6Sn5相層會隨著通電時間的增加而迅速減薄,當Cu6Sn5相層完全消失之后,界面會隨著通電時間的延

3、長重新生長出新的層狀Cu6Sn5相層;陽極處 Cu6Sn5相層會始終隨著通電時間的增加持續(xù)增厚,并且電流密度越大Cu6Sn5相層的生長速度越快。通過對電遷移過程中陰/陽極界面組織形貌和晶粒取向的研究,本文歸納出電遷移過程中Cu6Sn5晶粒的生長行為,發(fā)現(xiàn)了Cu6Sn5相對于Cu焊盤的消耗具有阻礙作用,而且不同形貌的Cu6Sn5相對Cu焊盤的保護效果也不相同;提出了在電遷移過程中陰極界面Cu6Sn5相的晶粒剝離機制以及陽極界面Cu6Sn5

4、相的形核與長大機制,確定了Cu6Sn5相的晶粒剝離機制是導致凸點陰極界面電遷移失效的主要原因之一;還研究了釬料中Sn的晶粒取向以及晶粒旋轉對界面Cu6Sn5相的生長產(chǎn)生的影響,發(fā)現(xiàn)了當 Sn晶粒 c軸方向沿著電流方向時電遷移的速度最快,當Sn晶粒c軸垂直于電流方向時電遷移的速度最慢,而且Sn晶粒會隨著通電時間的增加逐漸旋轉至阻礙Cu原子遷移的方向。在原位實驗中,本文還發(fā)現(xiàn)了原位試樣焊點表面出現(xiàn)應力紋和滑移帶現(xiàn)象,并認為這是Sn晶粒發(fā)生了