单晶Cu/Sn/Cu微焊点热迁移行为及其对界面反应的影响

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lylingyunsnd
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电子产品及封装器件不断微型化的发展趋势下,多个芯片堆叠垂直互连的三维(3D)封装技术得到快速发展。3D封装技术中微焊点尺寸持续减小、电流密度急剧增加、焦耳热问题突出,导致焊点中易产生温度梯度,引发金属原子的定向移动,并对微焊点的界面反应产生极大的影响。同时,微型化下焊点中金属间化合物(IMC,Intermetallic Compand)晶粒数量同样不断减少,且IMC占整个焊点的比例不断提高,甚至形成全IMC焊点,这使得焊点的物理和力学性能具有强烈的各向异性,对3D封装微互连性能及可靠性的影响日益凸显。本论文以多晶Cu/Sn/多晶Cu(Cu/Sn/Cu)、单晶(001)Cu/Sn/多晶Cu((001)Cu/Sn/Cu)以及单晶(011)Cu/Sn/多晶Cu((011)Cu/Sn/Cu)微焊点为研究对象,研究了温度为267oC、温度梯度为150oC/cm条件下微焊点的热迁移行为和钎焊界面反应,以揭示热迁移(温度梯度)对微焊点中界面IMC的形貌演变和晶体取向的影响。研究表明:1.Cu/Sn/Cu微焊点界面反应研究。热迁移后,冷端界面Cu6Sn5晶粒的尺寸明显增大,形态由初始的小扇贝状向短棒状或棱晶状转变,但排列方式较为随机。冷端Sn/Cu界面Cu6Sn5晶粒在温度梯度方向有一定的择优取向关系,随着时间的增加,取向关系更加明显。热端界面Cu6Sn5晶粒仍旧保持扇贝状,晶粒尺寸在反应过程变化不大。2.(001)Cu/Sn/Cu微焊点界面反应研究。浸焊后,(001)Cu基体上生成相互垂直排列的棱晶状Cu6Sn5。等温回流后,Sn/(001)Cu界面Cu6Sn5棱晶状晶粒逐渐向扇贝状晶粒转变,转变生成的扇贝状IMC晶粒取向各异,不存在择优取向。热迁移后((001)Cu做冷端),(001)Cu侧的Cu6Sn5晶粒由初始的相互垂直的小棱晶状晶粒变为互相平行的棱晶状大晶粒,棱晶状的形貌得以保留;Sn/(001)Cu界面Cu6Sn5沿RD(温度梯度方向)、TD、ND方向均保持单一择优取向,Cu6Sn5晶粒的<1120>晶向始终具有与RD方向平行的关系。3.(011)Cu/Sn/Cu微焊点界面反应研究。浸焊后,(011)Cu侧生成六棱柱短棒状Cu6Sn5晶粒。等温回流后,Sn/(011)Cu界面侧Cu6Sn5短棒状棱柱状晶粒转变为扇贝状晶粒,且这些Cu6Sn5晶粒未表现出择优取向特征。热迁移后((011)Cu做冷端),(011)Cu侧的Cu6Sn5晶粒由最初的六棱柱短棒状晶粒转变为棱柱状晶粒,棱柱状晶粒沿着一个方向生长或者沿晶粒间互为垂直的方向生长;同时发现,(011)Cu侧界面Cu6Sn5晶粒在RD方向上具有强烈的择优生长。
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