基于TLP冶金連接機(jī)制的Sn-Cu微顆粒復(fù)合焊料的應(yīng)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(diǎn)的尺寸持續(xù)變小，焊點(diǎn)的耐熱問(wèn)題日益突出。對(duì)于一些大功率的設(shè)備（如大功率LED），其工作時(shí)內(nèi)部芯片級(jí)互連焊點(diǎn)需承受200～300℃以上的高溫，超過(guò)了絕大多數(shù)無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)。為了提高焊點(diǎn)的服役溫度，只有選用熔點(diǎn)更高的焊料。對(duì)于目前可用的高鉛焊料和金錫合金焊料等高熔點(diǎn)焊料來(lái)說(shuō)，前者對(duì)人體和環(huán)境有嚴(yán)重危害，其淘汰已是大勢(shì)所趨，而后者價(jià)格成本又太高。以上這些問(wèn)題大大阻礙了電子產(chǎn)品高密度

2、化的進(jìn)程。因此，低溫下快速形成高熔點(diǎn)互連焊點(diǎn)是目前電子封裝技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展亟需解決的問(wèn)題。
　　本課題基于Sn/Cu瞬間液相反應(yīng)的冶金連接機(jī)理，設(shè)計(jì)了不同尺度范圍的Sn/Cu微顆粒復(fù)合焊料，利用Sn基焊料低熔點(diǎn)、與Cu高潤(rùn)濕性的特點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)兩者可以充分融合，在低溫?zé)o壓環(huán)境下快速形成高熔點(diǎn)的金屬間化合物焊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低溫連接高溫服役的目的，并對(duì) Sn/Cu微顆粒之間的冶金連接機(jī)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(yīng)，結(jié)果表明Sn/Cu微顆粒復(fù)合焊料具有很高的轉(zhuǎn)化效率，焊點(diǎn)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(diǎn)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(fù)合焊料中 Sn顆粒的粒徑相近。此外，焊點(diǎn)組織的局部含有未反應(yīng)的Sn，復(fù)合焊料中Sn顆粒的粒徑越大，焊點(diǎn)組織中殘余Sn的量就越多。
　　研究了不同尺度 Sn/Cu微顆粒復(fù)合焊料形成的焊點(diǎn)的力學(xué)強(qiáng)度，在裸銅焊盤(pán)上復(fù)合焊料形成焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度超過(guò)10 MPa，遠(yuǎn)高

4、于目前芯片封裝中常用的導(dǎo)電膠等材料。通過(guò)對(duì)剪切位置和斷口形貌分析可知，復(fù)合焊料在界面處的連接缺陷嚴(yán)重影響了焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度。
　　通過(guò)在焊盤(pán)上鍍錫對(duì)Sn/Cu微顆粒復(fù)合焊料所形成焊點(diǎn)的界面微觀組織進(jìn)行改善，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度。結(jié)果表明焊盤(pán)鍍錫層明顯抑制了復(fù)合焊料界面處的孔洞缺陷，優(yōu)化了焊盤(pán)與焊料之間的微觀組織。但是當(dāng)鍍錫層過(guò)厚時(shí)，焊點(diǎn)界面處將會(huì)有比較多的未反應(yīng)的Sn，化合物Cu6Sn5以小島的形式彼此獨(dú)立存在。大量殘余Sn的存在降低了剪切