尺寸效應(yīng)下ZnCl2對(duì)無(wú)鉛微焊點(diǎn)界面反應(yīng)的影響研究.pdf

1、隨著歐盟于2003年正式公布了《報(bào)廢電子電氣設(shè)備指令》以及《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》,全世界都在大力發(fā)展環(huán)保型的無(wú)鉛釬料。目前在微電子封裝行業(yè)中,SnAgCu釬料因其熔點(diǎn)低、機(jī)械性能優(yōu)良以及相對(duì)較好的潤(rùn)濕性能,已經(jīng)逐漸代替了傳統(tǒng)的SnPb釬料。但隨著產(chǎn)品尺寸的不斷減小,無(wú)鉛微焊點(diǎn)在尺寸效應(yīng)下的可靠性問(wèn)題已經(jīng)成為現(xiàn)階段微連接工藝的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本課題模擬硅通孔(TSV)技術(shù)中的微連接工藝,選取直徑為500μm

2、和100μm的無(wú)鉛微焊點(diǎn)作為釬料進(jìn)行芯片互連的試驗(yàn)。分別探討了500μm釬料與Cu基板之間及100μm無(wú)鉛釬料釬焊銅絲的界面反應(yīng)情況。通過(guò)前期探索和分析,試驗(yàn)選取了不同釬焊溫度、保溫時(shí)間、釬劑種類,通過(guò)光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)及其附帶的能譜分析儀(EDS)等試驗(yàn)設(shè)備研究了兩種連接方式的溶解和擴(kuò)散行為,分析了氧化及ZnCl2對(duì)無(wú)鉛微焊點(diǎn)界面反應(yīng)的影響。
　　研究結(jié)果表明:在尺寸效應(yīng)下無(wú)鉛微焊點(diǎn)釬焊的界面反應(yīng)與Zn

3、Cl2的添加有密切的聯(lián)系。在緩加熱、無(wú)保護(hù)氣氛的釬焊工藝下,尺寸越小的焊料受氧化影響的程度越大。當(dāng)添加去氧化能力不強(qiáng)的釬劑時(shí),釬劑殘留物會(huì)堆積在焊料周圍,阻礙其潤(rùn)濕鋪展,致使部分試樣出現(xiàn)“收腰”現(xiàn)象。一般地,釬焊溫度越高,可焊性越強(qiáng);保溫時(shí)間越長(zhǎng),界面處擴(kuò)散溶解更充分。但相比釬焊溫度和保溫時(shí)間對(duì)焊料的影響,ZnCl2添加含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),全文同)的變化對(duì)其影響更大。ZnCl2能夠有效提高潤(rùn)濕速度,改善潤(rùn)濕反應(yīng)區(qū)域面積。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明,在釬劑

4、中添加5％ZnCl2的效果最佳。當(dāng)釬劑中添加5%ZnCl2時(shí),去氧化作用明顯,釬料在220℃就能與Cu基板或Cu絲發(fā)生良好的潤(rùn)濕反應(yīng)。當(dāng)釬劑中不添加ZnCl2時(shí),其界面處反應(yīng)劇烈,界面形貌以棒狀為主,且容易造成 Ag3Sn的異常長(zhǎng)大,這對(duì)焊點(diǎn)的可靠性是很大的隱患。而使用含5%ZnCl2釬劑的試樣,界面形貌以貝殼狀為主,中間部分僅有少量棒狀組織,但在潤(rùn)濕前沿的交換區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在Ag3Sn相。使用含ZnCl2釬劑的試樣由于接觸面積的增加,降低