微小焊點(diǎn)SEM-TEM原位拉伸實(shí)驗(yàn)及界面金屬間化合物取向分析.pdf

1、微電子封裝向高密度、高集成度發(fā)展，微互連尺寸隨之越來越小。當(dāng)其尺寸小到幾個(gè)微米時(shí)，對(duì)于無鉛焊點(diǎn)來說，界面金屬間化合物所占焊點(diǎn)比重相對(duì)增大，會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的機(jī)械性能產(chǎn)生極大負(fù)面影響。因此，深入研究金屬間化合物對(duì)微小無鉛焊點(diǎn)的力學(xué)性質(zhì)和微觀斷裂行為的影響具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　針對(duì)Sn3.0Ag0.5Cu/Cu微小焊點(diǎn)進(jìn)行了研究。首先考察了界面金屬間化合物（Intermetallic Compound，IMC）厚度和形態(tài)，然后利用納

2、米壓痕技術(shù)測量了IMCs的力學(xué)性能；并利用電子背散射衍射技術(shù)考察了焊點(diǎn)界面IMCs的晶體取向規(guī)律；最后利用SEM、TEM原位拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)微小無鉛焊點(diǎn)在不同老化條件下的微觀斷裂行為做出了準(zhǔn)確而深入的動(dòng)態(tài)分析，考察了IMC對(duì)焊點(diǎn)變形的影響。并對(duì)焊點(diǎn)裂紋尖端的真實(shí)物理過程進(jìn)行觀察和分析，討論了IMC對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。
　　研究結(jié)果表明：長時(shí)間重熔后扇貝狀的Cu6Sn5頂端和側(cè)面會(huì)出現(xiàn)具有1-2個(gè)折角的小平面，夾角大約為120°，Cu6Sn

3、5化合物層還會(huì)存在形狀規(guī)則的圓形盤狀缺陷。小體積焊點(diǎn)的金屬間化合物層厚度要大于大體積焊點(diǎn)，并且Cu6Sn5生長速度明顯高于Cu3Sn，與大體積焊點(diǎn)情況相反。納米壓痕硬度規(guī)律是：富Sn相＜共晶組織＜Ag3Sn＜Cu3Sn＜Cu6Sn5而彈性模量規(guī)律是：富Sn相＜共晶組織＜Ag3Sn＜Cu6Sn5＜Cu3Sn。長時(shí)間重熔和老化后，Cu6Sn5和Cu3Sn的晶體擇優(yōu)取向關(guān)系沒有改變，表現(xiàn)出Cu6Sn5的(0001)晶面（或者(100)晶面，單

4、斜結(jié)構(gòu)）平行于焊盤平面，Cu3Sn的(100)面平行于焊盤平面。重熔和老化焊點(diǎn)在拉伸斷裂過程中，表現(xiàn)出顯著的韌性斷裂，裂紋在擴(kuò)展過程中，焊點(diǎn)會(huì)發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象；長時(shí)間重熔后，界面IMCs生長到足夠大，在正應(yīng)力作用下，會(huì)發(fā)生顯著的沿Cu6Sn5(0001)面破壞的解理斷裂。裂紋尖端表現(xiàn)出穿晶斷裂行為，擴(kuò)展方式是裂紋尖端的前方由于應(yīng)力集中出現(xiàn)薄區(qū)，繼而產(chǎn)生孔洞，裂紋與孔洞相連而進(jìn)行擴(kuò)展。裂紋在擴(kuò)展過程中易朝向第二相Ag3Sn顆粒，并沿其相邊界