Sn基釺料/Cu焊點界面單晶Cu6Sn5形態及其固態相變機理研究

《Sn基釺料/Cu焊點界面單晶Cu6Sn5形態及其固態相變機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由李明雨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Sn基釺料/Cu焊點界面單晶Cu6Sn5形態及其固態相變機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李明雨

項目摘要

Cu6Sn5的生成是電子封裝軟釺焊互連點界面冶金成形的核心問題之一。隨著互連點尺寸越來越微小，界面Cu6Sn5占互連點的體積分數越來越大，對焊點可靠性的影響不容忽視，所以其物理性能的表征及對互連點可靠性的影響得到了廣泛的研究。但是，由於缺乏對互連點界面Cu6Sn5成形及演化機制的深入認識，近年的研究結果存在諸多偏差，混淆對微小互連點可靠性的準確認識。因此，本項目建議研究：（1）Sn基釺料合金與Cu焊盤界面Cu6Sn5成形形態；（2）界面單晶Cu6Sn5多形態晶體結構表征；（3）多形態Cu6Sn5固態相變機制；（4）互連點界面單晶Cu6Sn5成形織構；（5）影響界面Cu6Sn5成形形態及織構的冶金機制；（6）基於Cu6Sn5晶體結構的互連點可靠性表征。研究結果將系統地闡明軟釺焊界面Cu6Sn5的冶金成形機制及其演化規律，對單晶Cu6Sn5物理性能表征及微小互連點力學性能的研究提供原理性基礎。

結題摘要

隨著半導體工業的進步，電子器件逐漸向小型化、集成化和多功能化的方向發展。為了將器件整合到體積最小且功能最佳的狀態，多層晶片間用於互連的微凸點及引線框架的特徵尺寸必將急劇降低，可以預見的是在不久的將來我們必然會面臨諸多可靠性方面的挑戰。一般來說，一層金屬間化合物薄層將會在Sn/Cu界面處形成以保證凸點的互連可靠性，然而過多的化合物生長也會引發界面失效問題，尤其是當化合物層厚度占互連凸點整體體積比不斷上升的今天，其生長機制及動力學方面的研究將顯得尤為關鍵。儘管界面金屬間化合物的生長動力學機制研究已經進行多年，但是由於其生長行為過於複雜而所處界面環境也極其多變，所以界面化合物的生長機制及動力學方面的研究進展極為緩慢。基於以上原因，本項目以Sn/Cu界面最為主要的金屬間化合物Cu6Sn5相為例，深入闡述其不同生長時期的動力學機制問題，以期實現控制界面化合物生長、改善互連凸點界面可靠性的目地。 通過對潤濕反應過程中均質形核階段Cu6Sn5相的生長動力學研究，本項目提出六方棒狀生長行為是Cu6Sn5相的稟性生長行為，而Cu元素的供應機制是實現其稟性生長的關鍵。進而，依據Cu6Sn5相的六方棒狀形貌，本項目構建了Cu6Sn5相的生長動力學方程，並由此方程確立了影響Cu6Sn5相稟性生長的控制因素。通過對潤濕反應過程中異質形核階段Cu6Sn5相的生長動力學研究，本項目論證了界面處Cu6Sn5相的生長仍然具有六方棒狀生長習性，而Cu基底的織構取向對Cu6Sn5相的形核及長大具有決定性作用。其次，本項目首次發現了Cu6Sn5相的界面生長存在晶界遷移行為。之後，通過詳細的動力學分析，本項目闡述了晶界遷移行為與熟化行為一樣都是影響Cu6Sn5相界面生長的核心機制。基於以上研究，Cu6Sn5相在潤濕反應過程中的生長動力學機制問題得到了解決。通過對服役過程中Cu6Sn5相的生長動力學研究，本項目提出時效生長並不會惡化Cu6Sn5相自身的界面力學性能，而Cu6Sn5相的多晶型相變才是其晶界裂紋萌生進而產生界面力學失效的主要原因。