含有限晶粒SnAgCu-Cu焊點(diǎn)的微觀力學(xué)行為.pdf

1、微電子器件及微系統(tǒng)封裝不斷朝著更高密度方向發(fā)展，這驅(qū)使著微互連焊點(diǎn)更微小化，焊點(diǎn)尺寸已經(jīng)與晶粒尺寸接近，其微觀力學(xué)行為將不同于大尺寸焊點(diǎn)。本文針對(duì) Sn3.0Ag0.5Cu無(wú)鉛釬料與Cu焊盤的焊點(diǎn)，研究?jī)H含有限晶粒的微小尺寸焊點(diǎn)(直徑從200微米到600微米)的微觀力學(xué)行為。
　　對(duì)微小尺寸焊點(diǎn)中包含的晶粒數(shù)目和取向研究發(fā)現(xiàn)，焊點(diǎn)中包含的晶粒數(shù)目在1~6個(gè)之間，平均不超過3個(gè)。長(zhǎng)時(shí)間高溫老化對(duì)焊點(diǎn)晶粒數(shù)目影響很??；多次重熔焊點(diǎn)的晶

2、粒數(shù)目要略高于一次重熔焊點(diǎn)；熱循環(huán)導(dǎo)致焊點(diǎn)發(fā)生了再結(jié)晶，從而晶粒數(shù)目增加。Sn晶粒 c軸傾向于與焊盤夾角小角度分布，而取向差角則有著60度孿晶關(guān)系擇優(yōu)值。
　　試驗(yàn)結(jié)果顯示，焊點(diǎn)剪切力隨著焊點(diǎn)尺寸的減小而減小，剪切強(qiáng)度則隨著焊點(diǎn)尺寸的減小而顯著增加。高溫老化和熱循環(huán)都導(dǎo)致了焊點(diǎn)強(qiáng)度下降，下降幅度約為20％。小尺寸重熔焊點(diǎn)表現(xiàn)出更好的塑性變形能力，斷裂主要發(fā)生在剪切平面。而大尺寸重熔焊點(diǎn)則主要斷裂在界面附近。高溫老化改善了大尺寸焊點(diǎn)

3、塑性變形能力，增加了小尺寸焊點(diǎn)的脆性。此外，還通過納米壓痕測(cè)試，得到了焊點(diǎn)中各組成相的力學(xué)性能。
　　隨著重熔焊點(diǎn)尺寸的減小，焊點(diǎn)中Sn樹枝晶寬度顯著變小。小尺寸焊點(diǎn)界面存在有大量的空心長(zhǎng)管狀 Cu6Sn5相。對(duì)界面金屬間化合物厚度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)隨著焊點(diǎn)尺寸減小，界面化合物厚度顯著增加。焊點(diǎn)尺寸的減小還導(dǎo)致了焊點(diǎn)中Ag3Sn的形貌由珊瑚狀變?yōu)轭w粒狀。經(jīng)過高溫老化，焊點(diǎn)界面化合物分為 Cu6Sn5和Cu3Sn兩層。不同尺寸焊點(diǎn)界面化

4、合物厚度與老化時(shí)間的平方根有著良好的線性關(guān)系。在小尺寸焊點(diǎn)中，Cu3Sn生長(zhǎng)受到了抑制。對(duì)界面化合物的取向進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，Cu6Sn5(0001)面平行于焊盤面，Cu6Sn5(10-10)面大致平行于TD-RD平面。Cu3Sn(100)面平行于焊盤面。Cu6Sn5(0001)面平行于Cu3Sn(100)。
　　通過對(duì)不同剪切階段的焊點(diǎn)進(jìn)行觀察考察了焊點(diǎn)尺寸對(duì)焊點(diǎn)剪切變形行為的影響，并且通過 TEM原位拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了焊點(diǎn)變形機(jī)制。結(jié)果

5、表明，小尺寸焊點(diǎn)變形過程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，其中第二相 Ag3Sn可以約束晶粒尺寸和阻礙裂紋擴(kuò)展。大尺寸焊點(diǎn)在很小的塑性變形后就通過界面附近不連續(xù)裂紋的擴(kuò)展互連，最終斷裂。第二相 Ag3Sn形貌的不同是焊點(diǎn)變形行為顯著不同的原因。老化后，大尺寸焊點(diǎn)剪切變形行為將與小尺寸焊點(diǎn)相同。
　　利用SEM原位拉伸實(shí)驗(yàn)，考察了含有限個(gè)晶粒接頭的變形行為。結(jié)果表明，晶粒取向?qū)宇^變形行為有著關(guān)鍵性影響。取向的不同導(dǎo)致了晶粒在焊點(diǎn)變形過程中