Cu-Sn薄膜體系中錫晶須生長(zhǎng)機(jī)制和抑制方法的研究.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品無鉛化的推行，純 Sn將代替 Sn-Pb合金作為焊接材料，廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體電子器件封裝。其中電子器件引腳處的焊接為Cu-Sn焊接。這種焊接方式經(jīng)過一段時(shí)間存放后，容易自發(fā)長(zhǎng)出錫晶須。錫晶須呈長(zhǎng)須狀，長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)厘米級(jí)，又具有高電流負(fù)荷能力，使得電子器件面臨短路失效的危險(xiǎn)。錫晶須問題成為了電子封裝技術(shù)亟需解決的問題。
　　隨著納米科技的發(fā)展，錫晶須獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)，使其具有廣闊的應(yīng)用前景。然而對(duì)于如何生

2、產(chǎn)出形狀均一、大小可控的錫晶須，則需要對(duì)Sn晶須的生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行深入的研究。
　　Cu-Sn體系中錫晶須的研究已經(jīng)有60多年的歷史，其生長(zhǎng)機(jī)制至今仍有爭(zhēng)議，且抑制錫晶須生長(zhǎng)有效途徑仍有待探究。基于應(yīng)用層面，絕大多數(shù)的研究都是關(guān)于Sn鍍?cè)贑u上的錫晶須研究，而對(duì)Cu層在上的Cu/Sn薄膜體系中錫晶須生長(zhǎng)的研究十分缺乏。本文通過對(duì)Cu/Sn和Sn/Cu樣品的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了室溫條件下，Cu/Sn薄膜樣品中錫晶須的生長(zhǎng)，以及退火對(duì)體系微觀

3、結(jié)構(gòu)的影響。理論上，運(yùn)用界面熱力學(xué)理論分析和解釋了實(shí)驗(yàn)觀察到的微觀結(jié)構(gòu)的變化，得到了如下結(jié)果：
　　(1)在室溫條件下，經(jīng)過一段時(shí)間老化，Cu在上層的Cu/Sn薄膜體系表面能自發(fā)長(zhǎng)出Sn晶須，且在Sn晶須周圍沒有表面破裂的痕跡。
　　(2)同Sn鍍層厚度條件下， Cu/Sn薄膜體系的Sn晶須的生長(zhǎng)速率比Sn/Cu薄膜體系的Sn晶須生長(zhǎng)速率更快。
　　(3)當(dāng)在Sn鍍層厚度薄至不利于Sn/Cu體系長(zhǎng)Sn晶須時(shí)（<0.5μ

4、m），Cu/Sn體系仍然能較容易的長(zhǎng)出Sn晶須。
　　(4)退火對(duì)Sn/Cu體系和Cu/Sn體系都有抑制錫晶須生長(zhǎng)的效果，且都會(huì)有Cu3Sn和Cu6Sn5化合物相形成。
　　(5)對(duì)Sn/Cu體系而言，退火導(dǎo)致Cu擴(kuò)散到Sn層中（室溫下，亦有此擴(kuò)散），而沒有Sn擴(kuò)散到Cu層中。而對(duì)Cu/Sn體系而言，退火導(dǎo)致原本不含Sn的Cu層中擴(kuò)散有大量的Sn。其原因是Sn的表面能比Cu的表面能更低，加熱加快了Sn向表面偏析。