无铅软钎料焊点界面cu6sn5相电迁移行为地研究

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1、国内图书分类号：TM272学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文无铅软钎料焊点界面Cu6Sn5相的电迁移行为研究硕士研究生：王凯导师：李明雨教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM272U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTROMIGRATIONBEHAVIOROFINTERFACIALCu6Sn5PHASEFORMEDINLEAD-FREESO

2、LDERJOINTSCandidate：WangKaiSupervisor：ProfessorLiMingyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电迁移(Electromigration)是电

3、流驱动的物质传递过程，它是造成凸点失效的主要原因之一。如今随着器件小型化的趋势，凸点的特征尺寸急剧降低，其电42流密度显著上升，且平均电流密度值已达到凸点电迁移发生门槛值(10A/cm),因此对凸点电迁移行为的研究具有重要意义。Cu6Sn5相作为Sn/Cu界面最常见的金属间化合物(IMC)，其电迁移行为的研究有助于深入分析凸点的可靠性问题。为此本文以Cu6Sn5相为例，选取Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu钎料制备的无铅搭接焊点，通过时效、恒温以及油浴通电进行原位和非原位电迁移实验，并对焊点界面Cu6Sn5相的电迁移行为进行系统的研究。通过对四组非原位电迁

4、移实验现象的观察并结合K.N.Tu关于Cu6Sn5相的电迁移动力学模型，总结出电迁移过程中阴/阳极界面处Cu6Sn5相层的演化机制。其中，阴极处Cu6Sn5相层会随着通电时间的增加而迅速减薄，当Cu6Sn5相层完全消失之后，界面会随着通电时间的延长重新生长出新的层状Cu6Sn5相层；阳极处Cu6Sn5相层会始终随着通电时间的增加持续增厚，并且电流密度越大Cu6Sn5相层的生长速度越快。通过对电迁移过程中阴/阳极界面组织形貌和晶粒取向的研究，本文归纳出电迁移过程中Cu6Sn5晶粒的生长行为，发现了Cu6Sn5相对于Cu焊盘的消耗具有阻碍作用，而且不同形貌的Cu6S

5、n5相对Cu焊盘的保护效果也不相同；提出了在电迁移过程中阴极界面Cu6Sn5相的晶粒剥离机制以及阳极界面Cu6Sn5相的形核与长大机制，确定了Cu6Sn5相的晶粒剥离机制是导致凸点阴极界面电迁移失效的主要原因之一；还研究了钎料中Sn的晶粒取向以及晶粒旋转对界面Cu6Sn5相的生长产生的影响，发现了当Sn晶粒c轴方向沿着电流方向时电迁移的速度最快，当Sn晶粒c轴垂直于电流方向时电迁移的速度最慢，而且Sn晶粒会随着通电时间的增加逐渐旋转至阻碍Cu原子迁移的方向。在原位实验中，本文还发现了原位试样焊点表面出现应力纹和滑移带现象，并认为这是Sn晶粒发生了晶粒旋转造成的。

6、关键词：无铅焊点；时效；电迁移；生长动力学；Cu6Sn5相-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractElectromigrationmeansadiffusioncontrolledmasstransportphenomenonduetotheelectricalcurrent.Itisoneofthemostdominantreasonstocausethejointfailureinmicroelectronicpackaging.Withtheminiaturizationtendencyofdevices,thedimensionofthebu

7、mpshasasignificantshrinkandthecurrentdensityofthebumpshasrisensharply.Nowadays,thevalueoftheaveragecurrentdensityhas42exceededthethresholdofthesolderbumps(10A/cm).Therefore,theresearchontheelectromigrationbehaviorofthesolderbumpsisofgreatsignificance.Thestudyoftheelectromigrationbeha

8、viorofCu6Sn5