Cu-Sn-xZn-Cu焊點(diǎn)釬焊反應(yīng)熱遷移研究.pdf

1、在電子封裝技術(shù)中，釬焊界面反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)可靠互連的關(guān)鍵。釬焊時(shí)，若微焊點(diǎn)兩側(cè)界面存在溫度差，形成溫度梯度，則能夠引起金屬原子的定向遷移，即產(chǎn)生熱遷移現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)影響基體金屬的溶解和界面金屬間化合物(IMC)的生長(zhǎng)乃至轉(zhuǎn)變。目前，釬焊條件下微焊點(diǎn)的熱遷移問(wèn)題尚屬電子封裝互連技術(shù)領(lǐng)域的新課題，相關(guān)研究尚不完善，亟需開展深入研究。本論文研究了熱遷移作用下Cu/Sn-xZn/Cu焊點(diǎn)的釬焊界面反應(yīng)、原子定向遷移規(guī)律、界面IMC類型與形貌變化，并

2、對(duì)熱遷移理論中的關(guān)鍵常數(shù)遷移熱Q*進(jìn)行了推理及計(jì)算。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)Cu/Sn/Cu焊點(diǎn)熱遷移時(shí)，冷、熱端界面處生成的IMC均由釬料側(cè)較厚的Cu6Sn5和Cu基板側(cè)較薄的Cu3Sn組成。熱遷移造成了冷、熱端界面IMC厚度的顯著差異，且隨溫度升高，影響加劇，Cu向冷端遷移的現(xiàn)象也更明顯。在純Sn釬料中，由于Sn原子數(shù)量巨大，因此溶入釬料中的Cu原子為主要遷移元素。熱遷移時(shí)，溶入釬料中的Cu原子在溫度梯度作用下形

3、成由熱端向冷端的凈遷移流，導(dǎo)致冷端界面IMC生長(zhǎng)速度大于熱端，表現(xiàn)為冷端界面IMC厚度比熱端大，且冷、熱端厚度差隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而增大。冷端界面IMC層的厚度隨釬焊時(shí)間呈線性變化，為反應(yīng)控制;熱端呈拋物線式變化，為擴(kuò)散控制。
　　(2)Cu/Sn-1Zn/Cu焊點(diǎn)250℃熱遷移時(shí)，反應(yīng)開始冷、熱端均生成Cu5Zn8，繼而發(fā)生Cu5Zn8向Cu6(Sn，Zn)5轉(zhuǎn)變（冷端轉(zhuǎn)變較快），最后兩側(cè)界面完全變?yōu)镃u6(Sn，Zn)5。反應(yīng)過(guò)程

4、中發(fā)生了主遷移元素的轉(zhuǎn)換:反應(yīng)60min以前，Zn作為主擴(kuò)散元素向熱端遷移，熱端界面生成的Cu5Zn8IMC較冷端厚;60min后，由于Zn元素消耗殆盡，Cu將作為主擴(kuò)散元素向冷端遷移，冷端Cu6(Sn，Zn)5厚度迅速增長(zhǎng)并遠(yuǎn)超過(guò)熱端。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出Zn的遷移熱為+9.053kJ/mol。在280℃反應(yīng)時(shí)，界面IMC類型和轉(zhuǎn)變規(guī)律同250℃，但溫度升高使得界面反應(yīng)速度和程度增加，出現(xiàn)主遷移元素轉(zhuǎn)換的時(shí)間縮短了大約45min。