Cu_Sn多层薄膜制备单IMC结构焊点研究

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1、硕士学位论文Cu/Sn多层薄膜制备单IMC结构焊点研究INVESTIGATIONOFSINGLEIMCJOINTSMADEBYMULTIPLECU/SNFILMS江琛哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG407学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开↑↑（宋体小4号字）（宋体小4号字）工学硕士学位论文↑（宋体小2号字加粗）Cu/Sn多层薄膜制备单IMC结构焊点研究↑（黑体2号字）硕士研究生：江琛：导师：刘威：讲师申请学位：工学硕：士学科：材料加工工程：所在单位：材料科学与工程学院：答辩日期：20：15年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学：ClassifiedInde

2、x:TG407（TimesNewRoman小4字）U.D.C:621.791（TimesNewRoman小4字）DissertationfortheMasterDegreeinEngineering↑（TimesNewRoman小2号字）INVESTIGATIONOFSINGLEIMCJOINTSMADEBYMULTIPLECU/SNFILMS↑（TimesNewRoman2号字加粗，题目太长时可用小2号字）Candidate：JiangChenSupervisor：Lecturer.LiuWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeci

3、ality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology（TimesNewRoman4号字）哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电子元器件的高度集成是时代发展的趋势，单个元器件的引脚数量往往高达上百个，这意味着焊点尺寸大大降低，同时电子元器件服役过程中的电迁移失效、热应力失效等问题对焊点性能提出了严峻考验。微小焊点中IMCs

4、相所占焊点成分比例十分巨大，对焊点力学性能、电学性能各方面都有着巨大影响，因此有大量学者进行了全IMC焊点的研究。传统微小焊点中全IMC成分的获得需要很长时间，在仍然采用传统共晶钎焊的方法下快速制备全IMC焊点是一个非常值得探索的科学方向，本课题采取了多层薄膜的方法，增大Cu/Sn接触面积，缩短了Cu/Sn互扩散距离，具有重要的科学探索价值。本文对多层薄膜结构微互连焊点的制备工艺进行了系统的研究。首先研究了Cu/Sn单层薄膜电镀参数及多层Cu/Sn薄膜电镀工艺；并研究了Cu-Cu/Sn多层薄膜-SiO2基板结构焊点界面IMC微观组织结构和组织随温度时间的演化规律，并对焊点结构缺陷与焊接时间温度

5、的关系进行了分析；然后对焊点的剪切力学性能测试进行了研究，分析了力学性能随焊接时间变化、成分改变的变化规律，并对断口进行了研究；最后采用EBSD对Cu-Cu/Sn多层薄膜-诱发薄膜对接焊点中多层薄膜中生长的IMC晶粒与诱发薄膜中Cu3Sn的晶粒取向进行了研究。研究结果表明：Cu/Sn多层薄膜电镀过程中存在不可避免的副反应，但采取合适的电镀工艺同样能获得较好的多层薄膜；多层薄膜与Cu块对接焊接过程中，5μm宽度焊缝在260℃、280℃、300℃下2min时均能获得全Cu3Sn结构焊点，10μm以上宽度焊缝在300℃10min时能获得全Cu3Sn结构焊点。诱发薄膜对多层薄膜焊点内Cu6Sn5晶粒的

6、生长具有一定诱发作用，焊点内出现少量粗大Cu6Sn5晶粒代替之前细小多晶扇贝状的Cu6Sn5组织。断口分析表明多层薄膜焊点具有一定可靠的剪切强度，断裂位置多发生在Cu/Ti界面及多层薄膜焊点内部IMCs界面处，属于脆性断裂。对Cu3Sn诱发焊点内微观组织EBSD晶粒取向的研究表明，Cu6Sn5多呈细长状，晶界平行于SiO2基体，晶粒取向多与基体呈小角度夹角。关键词：Cu/Sn多层薄膜；电镀；单IMC；EBSD-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHighlyintegratedelectroniccomponentsisthedevelopmenttrendofthetimes,

7、whichmeansthatsolderjointsizeisgreatlyreduced,whiletheproblemsintheprocessduringtheserviceofelectroniccomponents,suchaselectromigrationandthermalstress,etc,haveposedaseverechallengetocapabilityofsolde