微互连高度下Sn-Bi-Ag焊点的界面反应及可靠性研究

摘要

随着电子产品微型化进程的加快，焊点互连间距也随之减小。而由于焊点界面金属间化合物(IMC: Intermetallic Compound)的本征脆性，随着焊点互连高度的降低，焊点的可靠性会受到直接影响。因此，探讨互连高度对于焊点可靠性的影响十分必要。本课题基于此目的，根据国家自然科学基金面上项目《微小互连高度下焊点的界面反应及可靠性研究》，探讨互连间距在100μm、50μm、20μm和10μm的微互连焊点的界面反应及可靠性。
　　 本文采用精密控制焊点互连高度(SOH: stand-off height)的装置获得100μm、50μm、20μm和10μm四种不同互连高度的焊点，同时对焊点进行老化试验及拉伸试验，并采用环境扫描电镜研究互连高度变化对焊点中界面IMC的组织、形貌、焊料的比例等的影响，分析其对焊点抗拉强度及可靠性的影响。研究结果表明，随着焊点互连高度的降低，界面IMC的厚度呈减小趋势，IMC占焊料的比例随之增加；随着老化时间的增加，界面IMC的厚度及其占焊料的比例增加，老化500小时后，互连间距为10μm的焊点中IMC占焊料的比例更是达到100%。随着焊点互连间距的减小，焊点所受的最大拉力随之减小，抗拉强度也随之减小。在焊点互连间距为100μm、50μm和20μm时，随着老化时间的增加，焊点所受的最大拉力基本不变，抗拉强度变化也不大，当焊点互连间距为10μm时，焊点的抗拉强度随着老化时间的增长呈递减趋势。随着老化时间的增加，互连高度的减小，焊点的断裂也从一侧IMC与焊料的接触面断裂逐渐转为从两侧的IMC与焊料的接触面断裂，最终转为从一侧的Cu6Sn5与Cu3Sn的接触面处断裂。