铝／镍／铜UBM厚度对SnAgCu焊点的力学性能及形貌影响-论文.pdf

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1、SEMICoNDUCToR0PToELECTR0NICSVO1．35No．2Apr．2014铝／镍／铜UBM厚度对SnAgCu焊点的力学性能及形貌影响薛栋民，廖广兰，史铁林(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉430074)摘要：研究了倒装芯片中UBM制备和焊球回流工艺流程。通过改变阻挡层Ni和浸润层Cu的厚度，结合推拉力测试实验，探究了SnAgCu焊点剪切强度的变化规律。研究结果表明，UBM中阻挡层Ni对SnAgCu焊点的力学性能影响最大，而浸润层Cu厚度的增加也能提高SnAgCu

2、焊点的力学性能。进一步对推拉力实验后的焊点形貌进行了SEM观察和EDS分析，得到了焊盘剥离、脆性断裂、焊球剥离、韧性断裂四种不同的焊点失效形式，代表着不同的回流质量，而回流质量主要由UBM的成分和厚度决定。研究结果为倒装焊工艺的优化提供了理论指导。关键词：倒装芯片；阻挡层；浸润层；推拉力；失效形式中图分类号：TN306文献标识码：A文章编号：1001—5868(2014)02—0278—04EffectsofUBMThicknessonShearStrengthandMorphologyinSol

3、derJointsbetweenSnAgCuSolderandAl／Ni／CuThinFilmsXUEDongmin，LIAOGuanglan，SHITielin(StateKeyLab．ofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，CHN)Abstract：TheflipchipprocessesofUBMfabricationandsolderr

4、eflowwerestudied．ByvaryingthethicknessesofNibarrierlayerandCuwettinglayer，thevariationofthemechanicalstrengthofthesolderjointsattheinterfacebetweenSnAgCusoldersandA1／Ni／Cuthinfilmswasinvestigated．Theresultsprovethatthemechanicalstrengthofthesolderjoin

5、tsbetweenSnAgCusoldersandAI／Ni／CuthinfilmsisinfluencedmostlybythethicknessofNibarrierlayer．AndthemechanicalstrengthcanalsobeenhancedasthethicknessofCuwettinglayerincreases．Afterballsheartests，themorphologiesofthesolderjoints，observedbySEMandanalyzedby

6、EDS，wereconcludedasfourmodesoffailure，thatis，pad1ift，brittlebreak，ballliftandductilebreak．Eachmoderepresentsdifferentreflowquality，mainlydeterminedbythethicknessandcompositionofUBM．Theresearchresultsprovideatheoreticalguidancefortheflipchipprocessopti

7、mization．Keywords：flipchip；barrierlayer；wettinglayer；ballshear；failuremode0引言工业排出的大量废弃物导致地下水中铅含量过高。全球电子工业正努力禁止在焊料中含铅，而焊料的铅对人类的危害已经被广泛认识。当今，电子无铅化对倒装芯片的研究提出了更高的要求。倒装芯片的典型结构如图1所示嘲。凸点下金属化收稿日期：2013—07—11．层(UnderBumpMetallization，UBM)主要起连接、基金项目：国家“973”计划项目(

8、2009CB7242O4)．·278·《半导体光电~2014年4月第35卷第2期薛栋民等：铝／镍／铜UBM厚度对SnAgCu焊点的力学性能及形貌影响层Ni和浸润层Cu厚度时，其相应的焊点失效形式[3]郭江华，王水弟，张忠会，等．倒装芯片凸焊点的会发生相应的变化。当阻挡层Ni厚度为1m时，UBM[J]．半导体技术，2001，26(06)：60—64．[4]王来，何大鹏，于大全，等．倒装芯片中凸点与凸点其推拉力的失效形式大部分为焊球剥离方式，说明下金属层反应的研究现状[J]．材料导报，