Sn-Ag系無(wú)鉛焊料與單晶銅的界面反應(yīng).pdf

1、隨著高密度的電子封裝技術(shù)快速發(fā)展，焊點(diǎn)的尺寸和互連高度不斷減小，界面反應(yīng)和界面微觀結(jié)構(gòu)對(duì)焊點(diǎn)性能的影響越來(lái)越大，對(duì)焊點(diǎn)的可靠性提出了新的要求。另一方面，Sn-Ag系合金焊料被認(rèn)為是迄今為止封裝行業(yè)中最理想的無(wú)鉛焊料。但是，Sn-Ag二元合金相比于傳統(tǒng)錫鉛焊料，在潤(rùn)濕性和熔點(diǎn)上仍有一定差距。通過(guò)加入其它元素的方式能夠提高 S n-Ag合金的性能，其中最具有發(fā)展前景的是 S nAgZn和S nAgC u合金。
　　本文選取了S n-3

2、.5Ag-0.7C u、S n-2Ag-2.5Z n、S n-2Ag-4Zn作為焊料合金，利用單晶銅作為基體，采用等溫時(shí)效的方法，對(duì)不同焊料和銅單晶的界面反應(yīng)進(jìn)行研究，得出金屬間化合物(Intermetallic Compound，IMC)的分析結(jié)果，及其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)隨基體取向和焊料組分的變化規(guī)律；此外，本文還探討了互連高度對(duì)焊點(diǎn)IMC生長(zhǎng)的影響。
　　研究表明：S n-3.5Ag-0.7C u/C u焊點(diǎn)在回流過(guò)程中，界面處形成C

3、u6Sn5金屬間化合物，單晶銅表面銅原子的溶解速率更快，在靠近銅一側(cè)的焊料中形成銅濃度較高的區(qū)域，生成的C u6 Sn5層厚度要比多晶銅的更大。(111)晶面銅單晶上的Cu6Sn5呈棱柱狀分布，具備一定的擇優(yōu)取向。隨著回流溫度的升高，(111)晶面銅單晶上的Cu6 Sn5逐步從扇貝狀向棱柱狀變化。在老化的過(guò)程當(dāng)中，界面金屬間化合物層的厚度持續(xù)增大，IMC形貌變得平整，在Cu6 Sn5層和銅基板之間出現(xiàn)Cu3Sn層，單晶銅上Cu3Sn的生

4、長(zhǎng)速率大于多晶銅上Cu3 Sn的生長(zhǎng)速率，相反地，單晶銅上Cu6Sn5的生長(zhǎng)速率小于多晶銅上Cu6Sn5的生長(zhǎng)速率。
　　S n-2Ag-2.5Zn/C u焊點(diǎn)在回流過(guò)程中界面形成一層連續(xù)的扇貝狀Cu6Sn5，單晶銅表面形成Cu6 Sn5晶粒尺寸要比多晶銅的大。當(dāng)采用含Zn量較高的Sn-2Ag-4Zn焊料進(jìn)行焊接時(shí)，界面形成Cu5Zn8和Cu6 Sn5雙層結(jié)構(gòu)。時(shí)效過(guò)程中，Cu5 Zn8不穩(wěn)定，發(fā)生破碎，焊料與銅基板直接接觸造成C

5、u6Sn5快速生長(zhǎng)。
　　互連高度對(duì)于 Cu/SnAgCu/Cu的界面反應(yīng)有一定影響。在回流過(guò)程中，隨著互連高度的減小，界面IMC的厚度減小。對(duì)于10μm焊點(diǎn)，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到384 h，上下界面的IMC相互接觸，焊料層消耗完全，Cu6Sn5停止生長(zhǎng)。Cu/SnAgCu/Cu焊點(diǎn)的上下界面IMC具有不同生長(zhǎng)速率，(111)銅上的Cu3 Sn的生長(zhǎng)速率要遠(yuǎn)大于多晶銅上Cu3Sn的生長(zhǎng)速率。主要原因是(111)銅上形成的Cu3 Sn晶粒