微电子封装中全Cu_3Sn焊点形成过程中的组织演变及生长形貌

在3D封装中,全Cu_3Sn焊点逐渐得到广泛应用。选择270℃,1N分别作为钎焊温度和钎焊压力,在不同钎焊时间下制备焊点,分析其组织演变过程,分别观察不同钎焊温度和钎焊时间下Cu_6Sn_5立体形貌,以研究Cu_6Sn_5生长规律及温度对其生长形貌的影响。结果表明:钎焊30min后Cu基板与液态Sn之间形成扇贝状Cu_6Sn_5,Cu_6Sn_5与Cu基板之间出现一层较薄的Cu_3Sn。当钎焊时间增加到60min后,液态Sn全部被消耗,上下两层Cu_6Sn_5形成一个整体。继续增加钎焊时间,Cu_3Sn以Cu_6Sn_5的消耗为代价不断长大,直到480min时Cu_6Sn_5全部转化成Cu_3Sn。Cu_6Sn_5长大增厚过程为表面形核、长大、小晶粒融合、包裹初始大晶粒。随着钎焊温度的增加,Cu_6Sn_5的形貌逐渐由多面体状变为匍匐状。     

微小互连Cu-Sn界面钎焊及接头剪切行为

针对Cu-Sn-Cu三明治结构,进行0.06 MPa恒压钎焊. 基于Cu-Sn二元相图,选定了不同的钎焊温度与钎焊时间. 钎焊完成后,根据不同相组成可将接头分为残余锡,Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn,Cu-Cu₃Sn-Cu三类. 为研究三种不同相组成接头抗剪强度之间的关系,进行1 mm/min加载速率的剪切试验,并对断口进行形貌分析. 结果表明,随着Sn与Cu₆Sn₅相继耗尽,接头抗剪强度不断升高. 残余锡接头,Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn接头,Cu-Cu₃Sn-Cu接头抗剪强度分别为23.26,33.59,51.83 MPa. 分析断口形貌发现,在残余Sn接头断口中,可以分辨出Sn,Cu₆Sn₅,Cu₃Sn形貌,说明其断裂路径穿过了Cu₆Sn₅与Cu₃Sn两相. 在Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn接头断口中,可分辨出Cu₆Sn₅,Cu₃Sn形貌,其断裂路径穿过了Cu₃Sn相. 全Cu₃Sn相接头断口中仅可分辨出Cu₃Sn相断裂形貌.