銅錫界面反應(yīng)是電子封裝中的常見反應(yīng),如引線框架外腿與其錫鍍層之間的反應(yīng)、銅柱凸點中銅柱和錫基焊料帽的之間反應(yīng)等。適度的銅錫反應(yīng)可以增強界面兩側(cè)的結(jié)合強度,但由于反應(yīng)產(chǎn)物是具有脆性的金屬間化合物（IMC）,過度的銅錫反應(yīng)可能會給器件的可靠性帶來風(fēng)險。銅錫反應(yīng)通常伴隨著錫晶須的生長。錫晶須是一種具有很高機械強度的細絲狀金屬晶體,可隨著時間的推移在錫表面形成、生長,長度可達到微米甚至毫米級。歷史上錫晶須曾給電子器件造成過眾多嚴重的短路故障。本實驗使用電鍍的方法制備錫薄膜,并通過不同時間的等溫時效將其轉(zhuǎn)化為不同成分的銅錫IMC層,隨后在其上再鍍錫層,以研究IMC中間層對銅錫界面反應(yīng)和錫鍍層表面錫晶須生長的影響。銅錫界面反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn),成分接近Cu₃Sn的中間層插入可以顯著降低Cu/Sn擴散系數(shù),且中間層厚度越大,降低效果越明顯。另外,IMC中間層厚度一定的情況下,中間層前期的時效時間越長（成分越接近Cu₃Sn）,Cu/Sn擴散系數(shù)越低,中間層的阻擋效果越好;但當中間層的前期時效時間達到24h以上時,阻擋效果趨于飽和。錫晶須生長的研究發(fā)現(xiàn),錫鍍層的多層... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SEM下的銅柱凸點結(jié)構(gòu)

K.N.Tu在1973年觀察了Cu/Sn薄膜的擴散與反應(yīng),發(fā)現(xiàn)Cu6Sn5相可以在-2到100℃之間的任意溫度生成,而Cu3Sn相只生成于時效溫度高于60℃的樣品中。同時,由于Cu薄膜和Sn薄膜的密度差異,未反應(yīng)的Cu和Sn分別受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,導(dǎo)致了Sn薄膜的表面生長出錫晶須,如圖1-3所示[15]。K.N.Tu和R.D.Thompson于1982年通過盧瑟福背散射光譜和X射線衍射的方法,測量了Cu/Sn薄膜反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。研究者們發(fā)現(xiàn)室溫下Cu6Sn5的生成是隨時間線性的,而在115-150℃,Cu6Sn5的厚度因Cu3Sn的生成而減小,其減小趨勢是拋物線性的,即厚度與時間的根號項成線性,如圖1-4[16]。K.N.Tu進一步研究了Cu/Sn界面反應(yīng)的兩種情形:薄膜情形和塊狀情形(焊料反應(yīng))。薄膜情形下,Cu-Sn IMC的生成往往伴隨著錫晶須生長;而在塊狀情形下,Cu6Sn5形貌并非均勻?qū)?而是扇貝狀,這是由于晶粒粗化效應(yīng)造成的[17]。如圖1-5所示,晶粒粗化的擴散方向?qū)е滦〉木Я２粩鄿p小,大的晶粒不斷長大。

K.N.Tu和R.D.Thompson于1982年通過盧瑟福背散射光譜和X射線衍射的方法,測量了Cu/Sn薄膜反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。研究者們發(fā)現(xiàn)室溫下Cu6Sn5的生成是隨時間線性的,而在115-150℃,Cu6Sn5的厚度因Cu3Sn的生成而減小,其減小趨勢是拋物線性的,即厚度與時間的根號項成線性,如圖1-4[16]。K.N.Tu進一步研究了Cu/Sn界面反應(yīng)的兩種情形:薄膜情形和塊狀情形(焊料反應(yīng))。薄膜情形下,Cu-Sn IMC的生成往往伴隨著錫晶須生長;而在塊狀情形下,Cu6Sn5形貌并非均勻?qū)?而是扇貝狀,這是由于晶粒粗化效應(yīng)造成的[17]。如圖1-5所示,晶粒粗化的擴散方向?qū)е滦〉木Я２粩鄿p小,大的晶粒不斷長大。圖1-5伴隨晶粒熟化的焊料反應(yīng)示意圖,JD代表界面反應(yīng)的擴散通量,JR代表晶粒熟化的擴散通量[17]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cu/NiW/Sn微凸點界面演變規(guī)律研究[J]. 吳杰飛,李超,李明.  電鍍與涂飾. 2016(01)
[2]錫晶須生長機理研究的現(xiàn)狀與問題[J]. 趙子壽,冼愛平.  中國有色金屬學(xué)報. 2012(08)
[3]錫晶須及其抑制技術(shù)[J]. 劉艷新,任博成.  電子工藝技術(shù). 2009(05)
[4]電子封裝中電鍍技術(shù)的應(yīng)用[J]. 李明.  電鍍與涂飾. 2005(01)

博士論文
[1]電沉積純錫鍍層的錫晶須生長與控制研究[D]. 劉婷.上海交通大學(xué) 2016



本文編號：2924904