微互連焊點Cu-Sn金屬間化合物晶粒取向及各向異性研究.pdf

1、受高性能計算和電子器件小型化的驅(qū)動，硅通孔(Through Silicon Vias, TSV)工藝成為3D封裝中芯片垂直互連的關(guān)鍵技術(shù)。但TSV中焊盤尺寸不斷減小，所造成的焊點中金屬間化合物(Intermetallic Compound, IMC)比例增加以及焊盤本身所含晶粒數(shù)目減少，會對界面 IMCs取向產(chǎn)生影響。并且當(dāng)焊點中IMCs比重增大、晶粒數(shù)目有限且具有一定的擇優(yōu)取向時，焊點的力學(xué)性能會產(chǎn)生較大的變化。因此，深入研究多、單晶

2、焊盤上 IMCs晶粒的取向及性能各向異性具有重要意義。
　　本文對Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微小焊點中的IMCs進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先分別觀察分析了多、單晶銅與Sn3.0Ag0.5Cu(SAC)釬料在不同重熔溫度、時間、冷卻速度和老化條件下界面Cu6Sn5的形貌，研究了不同形態(tài)Cu6Sn5的生長動力學(xué)；然后采用電子背散射衍射技術(shù)(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)結(jié)合取向成像電子顯微分

3、析系統(tǒng)(Orientation Imaging Microscopy, OIM)分析的方法對Cu6Sn5晶粒與焊盤的取向關(guān)系進(jìn)行了全面而系統(tǒng)研究，建立了Cu6Sn5形貌與取向的聯(lián)系，并闡述了釬料基體內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)Cu6Sn5的形成機(jī)理；最后采用納米壓痕等實驗方法研究了Cu6Sn5的彈性及塑性各向異性。
　　研究結(jié)果表明：焊點界面Cu6Sn5形貌與焊盤取向、工藝參數(shù)等因素有關(guān)，隨重熔溫度升高，Cu6Sn5由扇貝狀向棱柱狀轉(zhuǎn)變，單晶焊盤

4、上的棱柱狀Cu6Sn5規(guī)則排列；Cu6Sn5表面納米尺度Ag3Sn顆粒的形成機(jī)制可用活性物質(zhì)的吸附理論解釋；多晶銅焊盤上的Cu6Sn5晶粒和單晶銅在250℃下生成的扇貝狀Cu6Sn5晶粒具有{0001}面和焊盤成30°～50°夾角的取向關(guān)系；SAC/單晶Cu界面在300℃時生成的規(guī)則棱柱狀Cu6Sn5晶粒均具有{0001}晶面垂直于焊盤、{2110}面平行于焊盤平面、<0001>晶向平行于Cu的<110>晶向的取向關(guān)系。這種擇優(yōu)取向是由