微小焊點SEM-TEM原位拉伸實驗及界面金屬間化合物取向分析.pdf

1、微電子封裝向高密度、高集成度發(fā)展，微互連尺寸隨之越來越小。當其尺寸小到幾個微米時，對于無鉛焊點來說，界面金屬間化合物所占焊點比重相對增大，會對焊點的機械性能產(chǎn)生極大負面影響。因此，深入研究金屬間化合物對微小無鉛焊點的力學(xué)性質(zhì)和微觀斷裂行為的影響具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　針對Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微小焊點進行了研究。首先考察了界面金屬間化合物（Intermetallic Compound，IMC）厚度和形態(tài)，然后利用納

2、米壓痕技術(shù)測量了IMCs的力學(xué)性能；并利用電子背散射衍射技術(shù)考察了焊點界面IMCs的晶體取向規(guī)律；最后利用SEM、TEM原位拉伸實驗對微小無鉛焊點在不同老化條件下的微觀斷裂行為做出了準確而深入的動態(tài)分析，考察了IMC對焊點變形的影響。并對焊點裂紋尖端的真實物理過程進行觀察和分析，討論了IMC對裂紋擴展的影響。
　　研究結(jié)果表明：長時間重熔后扇貝狀的Cu6Sn5頂端和側(cè)面會出現(xiàn)具有1-2個折角的小平面，夾角大約為120°，Cu6Sn

3、5化合物層還會存在形狀規(guī)則的圓形盤狀缺陷。小體積焊點的金屬間化合物層厚度要大于大體積焊點，并且Cu6Sn5生長速度明顯高于Cu3Sn，與大體積焊點情況相反。納米壓痕硬度規(guī)律是：富Sn相＜共晶組織＜Ag3Sn＜Cu3Sn＜Cu6Sn5而彈性模量規(guī)律是：富Sn相＜共晶組織＜Ag3Sn＜Cu6Sn5＜Cu3Sn。長時間重熔和老化后，Cu6Sn5和Cu3Sn的晶體擇優(yōu)取向關(guān)系沒有改變，表現(xiàn)出Cu6Sn5的(0001)晶面（或者(100)晶面，單

4、斜結(jié)構(gòu)）平行于焊盤平面，Cu3Sn的(100)面平行于焊盤平面。重熔和老化焊點在拉伸斷裂過程中，表現(xiàn)出顯著的韌性斷裂，裂紋在擴展過程中，焊點會發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象；長時間重熔后，界面IMCs生長到足夠大，在正應(yīng)力作用下，會發(fā)生顯著的沿Cu6Sn5(0001)面破壞的解理斷裂。裂紋尖端表現(xiàn)出穿晶斷裂行為，擴展方式是裂紋尖端的前方由于應(yīng)力集中出現(xiàn)薄區(qū)，繼而產(chǎn)生孔洞，裂紋與孔洞相連而進行擴展。裂紋在擴展過程中易朝向第二相Ag3Sn顆粒，并沿其相邊界