热迁移条件下微焊点微观组织的形貌与取向研究
发布时间：2021-07-08 17:10
微电子封装从二维（2D）封装技术向三维（3D）封装技术发展,促使微焊点特征尺寸持续减小。同时,芯片高功率的特性会造成严重的焦耳热问题,使焊点内产生大的温度梯度,诱发金属原子发生定向迁移,即热迁移效应。热迁移能够显著影响微焊点的界面反应,使焊点组织形貌及晶体取向发生变化。晶体组织形貌及取向的变化会对焊点可靠性产生影响,进而影响其服役性能。同时,焊点特征尺寸的缩小使其所包含的晶粒数目急剧减少。一方面,焊点中β-Sn以单一或数个晶粒形态分布;另一方面,界面金属间化合物（IMC）所占比例极大提高,IMC晶粒数目却极大减少。这使得焊点在组织与性能上存在明显的各向异性。因此,研究热迁移作用下微焊点的微观组织形貌演变及取向特点具有重要意义。本文以焊点高度为7μm的Cu/Sn/Cu、Cu/Sn/Ni微焊点为研究对象,研究焊点在中值温度110℃,温度梯度1100℃/cm条件下,分别处理200 h、400 h、600 h、800 h后焊点的组织形貌演变与晶体取向特点。同时,对样品分别进行200 h、400 h、600 h、800 h的110℃等温时效处理,对比热迁移效应对焊点组织所产生的影响。主要研究结论...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DIC[5]与3D封装示意图
第一章绪论71.2.4互连焊点中界面反应研究相比较2D封装技术，3D封装技术使焊点特征尺寸极大缩小，焊点中的金属原子通过扩散形式而发生的界面反应愈加激烈。焊点界面反应生成界面IMC，IMC为硬脆相，其性质对焊点的物理及力学性能有极大影响。尤其是，当焊点只有几十个微米甚至几个微米的高度时，整个焊点可以完全转化为IMC组织。适当厚度的IMC可以使焊点具有良好的结合性能。但是，随着IMC厚度的增加，其硬脆性质会降低焊点的性能。但当焊点完全转变为IMC组织时，焊点的性能可能会进一步发生变化。同时，IMC界面及晶粒形貌的转变，会对焊点的性能产生影响。因此，研究界面反应生成的IMC微观组织的性质具有重要意义。Cu/Sn互连焊点是最常用的一种体系。在回流过程及相关热处理中，Cu与Sn会发生界面反应，生成Cu6Sn5与Cu3Sn两种界面IMC组织。热迁移作用下，Cu/Sn焊点的界面IMC会发生非对称性生长。Zhao等[35]将Cu/Sn/Cu焊点置于加热板上，在250℃回流温度下处理不同时间，观察冷、热两端面界面IMC组织的形貌演变。结果表明，冷热两端界面IMC发生非对称生长，如图1-2所示，并与时效状态下的焊点组织演变进行对比，如图1-3所示，更加说明IMC组织不对称生长的特性。图1-2热迁移时IMC演变[35]Fig.1-2EvolutionofIMCunderthermomigration
华南理工大学硕士学位论文8图1-3时效时IMC演变[35]Fig.1-3EvolutionofIMCunderagingLi等[36]采用TLP形式的钎焊方式，研究了Cu/Sn/Cu焊点的界面反应。研究发现，焊点界面的Cu6Sn5与Cu3Sn在形貌、生长行为等方面存在较大差异。并且，在存在足够回流时间处理时，整个焊点会完全转变为Cu3Sn组织。如图1-4所示，焊点是在340℃的温度条件下，分别回流10min、40min、60min、90min、240min与480min时组织形貌的演变。通过图1-4可发现，当回流时间达到480min时，焊点彻底转变为Cu3Sn组织。图1-4焊点组织形貌演变[36]Fig.1-4EvolutionofmorphologyinsolderjointNi基与Sn基钎料都具有良好的润湿性，通过界面反应能形成优良性能的焊点。回流钎焊及后续服役过程中，基板金属原子在热流或浓度梯度的驱使下，会发生一定程度
【参考文献】：
期刊论文
[1]热迁移对Cu/Sn/Cu焊点液-固界面Cu6Sn5生长动力学的影响[J]. 赵宁,钟毅,黄明亮,马海涛,刘小平. 物理学报. 2015(16)
本文编号：3271988
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DIC[5]与3D封装示意图
第一章绪论71.2.4互连焊点中界面反应研究相比较2D封装技术，3D封装技术使焊点特征尺寸极大缩小，焊点中的金属原子通过扩散形式而发生的界面反应愈加激烈。焊点界面反应生成界面IMC，IMC为硬脆相，其性质对焊点的物理及力学性能有极大影响。尤其是，当焊点只有几十个微米甚至几个微米的高度时，整个焊点可以完全转化为IMC组织。适当厚度的IMC可以使焊点具有良好的结合性能。但是，随着IMC厚度的增加，其硬脆性质会降低焊点的性能。但当焊点完全转变为IMC组织时，焊点的性能可能会进一步发生变化。同时，IMC界面及晶粒形貌的转变，会对焊点的性能产生影响。因此，研究界面反应生成的IMC微观组织的性质具有重要意义。Cu/Sn互连焊点是最常用的一种体系。在回流过程及相关热处理中，Cu与Sn会发生界面反应，生成Cu6Sn5与Cu3Sn两种界面IMC组织。热迁移作用下，Cu/Sn焊点的界面IMC会发生非对称性生长。Zhao等[35]将Cu/Sn/Cu焊点置于加热板上，在250℃回流温度下处理不同时间，观察冷、热两端面界面IMC组织的形貌演变。结果表明，冷热两端界面IMC发生非对称生长，如图1-2所示，并与时效状态下的焊点组织演变进行对比，如图1-3所示，更加说明IMC组织不对称生长的特性。图1-2热迁移时IMC演变[35]Fig.1-2EvolutionofIMCunderthermomigration
华南理工大学硕士学位论文8图1-3时效时IMC演变[35]Fig.1-3EvolutionofIMCunderagingLi等[36]采用TLP形式的钎焊方式，研究了Cu/Sn/Cu焊点的界面反应。研究发现，焊点界面的Cu6Sn5与Cu3Sn在形貌、生长行为等方面存在较大差异。并且，在存在足够回流时间处理时，整个焊点会完全转变为Cu3Sn组织。如图1-4所示，焊点是在340℃的温度条件下，分别回流10min、40min、60min、90min、240min与480min时组织形貌的演变。通过图1-4可发现，当回流时间达到480min时，焊点彻底转变为Cu3Sn组织。图1-4焊点组织形貌演变[36]Fig.1-4EvolutionofmorphologyinsolderjointNi基与Sn基钎料都具有良好的润湿性，通过界面反应能形成优良性能的焊点。回流钎焊及后续服役过程中，基板金属原子在热流或浓度梯度的驱使下，会发生一定程度
【参考文献】：
期刊论文
[1]热迁移对Cu/Sn/Cu焊点液-固界面Cu6Sn5生长动力学的影响[J]. 赵宁,钟毅,黄明亮,马海涛,刘小平. 物理学报. 2015(16)
本文编号：3271988
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