基板取向及焊料层厚度对界面金属间化合物生长的影响

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基板取向及焊料层厚度对界面金属间化合物生长的影响学科专业：材料科学与工程班级：B1105092学号：1110509045硕士生：黄娜导师：胡安民(副教授)上海交通大学材料科学与工程学院2014年1月万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSTUDYONTHEINFLUENCEOFTEXTUREOFSUBSTRATEANDTHICKNESSOFSOLDERLAYERONTHEGROWTHOFINTERMATALLICCOMPOUNDSAutho

2、r:NaHuangSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringAdvisor:Prof.AnminHuSchoolofMaterialsScienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary2014万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

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4、板取向及焊料层厚度对界面金属间化合物生长的影响摘要随着集成电路集成度的不断提高和芯片特征尺寸的不断减小，封装工艺不断改进和发展，互连焊点的尺寸也随着封装密度的提高而不断减少。铜柱凸点由于具有良好的凸点间距一致性、抗电迁移性、散热等诸多显著优点，引起了业界人员的广泛关注。铜柱凸点被认为可代替传统的焊球微凸点，用于细节距高深宽比的高密度封装技术中。基板取向对金属间化合物的形核和生长有显著影响，不同取向的基板上形成的金属间化合物形貌、厚度及取向各不相同。但目前关于基板取向对IMC的影响的研究多用单晶基板，但单晶基板的制作不易、成本高昂，且实际应用中多用多晶基板。另，随着电子产品日益

5、高集成化和高性能化，凸点的尺寸都越来越小，明确焊料层厚度(焊料体积)对界面金属间化合物生长的影响有着深刻的意义。本文采用两种不同取向的Cu——具有明显（200）取向的Cu基板（本文中简写为（200）Cu）和具有明显（220）取向的电镀铜层（本文中简称为（220）Cu）。本文利用多层电镀法的思想，制备Sn-3.5Ag焊料。本文通过观察和研究Cu/Sn和Cu/Sn-3.5Ag的界面反应、IMCstop-view形貌、cross-sectional形貌，系统研究了基板织构取向对Cu-SnIMCs生长的影响。同时，本文研究不同厚度的Sn或Sn-3.5Ag层与Cu发生的反应，明确焊料层

6、厚度对于Cu-SnIMCs生长的影响。全文主要结论如下：（1）不同取向的Cu基板与纯Sn反应所形成的IMC形貌有明显差异。250℃回流10s，(200)Cu/Sn界面反应生成长条棱柱状η相Cu6Sn5，晶粒根部有内凹缺陷，相邻晶粒的根部内凹缺陷组成“莲花状”的圆坑缺陷；对于(220)Cu/Sn界面的η相Cu6Sn5晶粒则呈带有小平面的扇贝状，无“莲花状”的圆坑缺陷出现。经150℃时效，棱柱状和扇贝状的η相Cu6Sn5晶粒均向颗粒状转变，晶粒明显长大，(200)Cu/Sn界面生长的晶粒的平均尺寸比(220)Cu/Sn界面生长的晶粒小很多，且(200)Cu/Sn界面发现还发现圆形

7、深孔缺陷。从（200）Cu/Sn/（220）Cu界面形貌可以看出，经相同的回流和时效处理后，(220)Cu/Sn界面形成的IMCs层比(200)Cu/Sn界面形成的IMCs层明显厚得多，尤其是ε相Cu3Sn。(220)Cu/Sn界面的Cu-SnIMCs的反应常数K是(200)Cu/Sn界面的Cu-SnIMCs反应常数的3倍多。（2）Cu/Sn-3.5AgIMCtop-view形貌与Cu/Sn体系的IMCtop-view形貌类似。第I页万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要250℃回流10s后，在Cu/Sn