微尺寸SnAg凸点中孔洞生长机理的研究.pdfVIP

第37 卷 第11 期 稀有金属材料与工程 Vol.37, No.11 2008 年 11 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING November 2008 微尺寸 SnAg 凸点中孔洞生长机理的研究 1,2 1 林小芹 ，罗 乐 (1. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050) (2. 中国科学院研究生院，北京 100049) 摘 要：采用电镀的方法在制备了尺寸小于 100 µm 的Sn-3.0Ag 凸点，研究了多次回流和时效过程下 SnAg/Cu 界面IMC 的生长、孔洞的生长机理和分布以及影响因素。结果表明，回流过程中孔洞形成的主要原因是相变过程发生的体积缩 减，而时效过程中孔洞形成的主要原因是柯肯达尔效应。时效过程中 Cu3 Sn(ε 相) 中孔洞的生长及分布受初始形成的 Cu Sn (η相)影响。厚η相及η 晶界处形成的孔洞促进ε相中孔洞的生长。平直的ε相/Cu 界面以及ε相层内孔洞的连接 6 5 对凸点的长期可靠性构成威胁。 关键词：SnAg；孔洞；金属间化合物；回流焊；时效 中图法分类号：TG 146.1 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2008)11-1903-05 随着消费电子无铅化和小型化的进行，尺寸小于 相沉积(PECVD)钝化层SiO2 ，然后光刻出图形，并采 100 µm 的无铅凸点的制备及其连接可靠性日益成为 用反应离子刻蚀(RIE)SiO2 ；(4) 溅射 TiW/Cu 层；(5) 电子封装产业的关注问题。焊料与凸点下金属层 涂覆并光刻 9260 型厚胶；(6) 电镀Cu 层；(7) 电镀 (UBM)铜之间由于容易形成了金属间化合物(IMC)而 SnAg 合金；(8) 去除厚胶并腐蚀 TiW/Cu 层；(9) 回 连接牢固。然而，普遍认为厚的IMC 容易发生脆性断 流凸点成球。凸点回流成球在氮气气氛保护下的五段 裂而成为机械脆弱面。Sn 基焊料与 Cu 之间形成的 温区回流炉(falcon 8500) 中进行，峰值回流温度为260 IMC 随时间和温度发生长大[1~4] 。然而，随着凸点尺 ℃，每段温区的温度分别为 100、150、220 、260 和 寸的要求越来越小，凸点连接界面处孔洞的形成对凸 80 ℃，回流时间均为30 s ，冷却速率约4 ℃ /s 。对凸 点可靠性的影响问题不容忽视。早在 1994 年，Yang 点分别进行 1、5、10、15 和20 次回流。图 1 为制备 和Messler 发现电镀铜上的SnAg 凸点经190 ℃时效3 的平均高度约70 µm 的SnAg 凸点形貌。对未经回流 d 后，界面处出现孔洞[5] 。Cu Sn 相中的孔洞由柯肯达 以及5 次回流处理后的凸点样品在 150 ℃下进行时效 3 尔效应产生。随着时效的进行，Cu 上的SnPb 凸点的 处理30 d 。对样品进行镶样并抛磨至凸点的中截面， 剪切强度逐渐降低[6] 。焊点不仅在服役过程中要经历 抛光后的凸点截面不进行腐蚀处理以便观察孔洞。采 时效过程，而且在多级封装以及返修中不可避免要经 用 Hitachi S-4700 型扫描电镜及其能谱仪对 SnAg/Cu 历多次回流焊。回流和时效过程小尺寸凸点中孔洞的