無鉛軟釬料焊點(diǎn)界面Cu6Sn5相的電遷移行為研究.pdf

1、電遷移(Electromigration)是電流驅(qū)動的物質(zhì)傳遞過程,它是造成凸點(diǎn)失效的主要原因之一。如今隨著器件小型化的趨勢,凸點(diǎn)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(dá)到凸點(diǎn)電遷移發(fā)生門檻值(104A/cm2),因此對凸點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn),通過時(shí)效、恒溫以及油浴通電進(jìn)行原位和非原位電遷移實(shí)驗(yàn),并對焊點(diǎn)界面Cu6Sn5相的電遷移行為進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　本文通過對四組非原位電遷移實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察并結(jié)合K.N.Tu關(guān)于Cu6Sn5相的電遷移動力學(xué)模型,總結(jié)出電遷移過程中陰/陽極界面處Cu6Sn5相層的演化機(jī)制。其中,陰極處Cu6Sn5相層會隨著通電時(shí)間的增加而迅速減薄,當(dāng)Cu6Sn5相層完全消失之后,界面會隨著通電時(shí)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(shí)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(hù)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(jī)制以及陽極界面Cu6Sn5

4、相的形核與長大機(jī)制,確定了Cu6Sn5相的晶粒剝離機(jī)制是導(dǎo)致凸點(diǎn)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(zhuǎn)對界面Cu6Sn5相的生長產(chǎn)生的影響,發(fā)現(xiàn)了當(dāng) Sn晶粒 c軸方向沿著電流方向時(shí)電遷移的速度最快,當(dāng)Sn晶粒c軸垂直于電流方向時(shí)電遷移的速度最慢,而且Sn晶粒會隨著通電時(shí)間的增加逐漸旋轉(zhuǎn)至阻礙Cu原子遷移的方向。在原位實(shí)驗(yàn)中,本文還發(fā)現(xiàn)了原位試樣焊點(diǎn)表面出現(xiàn)應(yīng)力紋和滑移帶現(xiàn)象,并認(rèn)為這是Sn晶粒發(fā)生了