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无铅化和微型化是电子封装的两大发展趋势。电子封装中常用的BGA或Flip Chip的焊点结构可视为metal/solder/metal的三明治结构,焊料的两端分别为UBM或表面处理层。无铅焊料的应用,使得封装结构中的界面反应与采用SnPb焊料时的界面反应有很大的差别,这些界面反应对无铅封装的可靠性具有重要的影响。电子产品微型化的趋势使焊点互连高度(SOH)不断降低,导致焊点两侧焊盘镀层金属能扩散到另一端面,参加其界面反应,并参与形成IMC,即发生了交互作用,从而影响焊点的性能。 Ni/solder/Cu的结构是微电子焊点中很常见的一种组合,本研究主要探讨在不同互连高度的Cu-SnAg-Ni三明治的结构中,Cu/solder及Ni/solder间的界面反应互相影响以及对焊点可靠性的影响。 本文研究了实际焊点的液态和固态界面反应,发现当互连高度分别为100μm、50μm和20μm时,两界面焊盘材料不同,两界面之间普遍存在交互效应,即一端的金属原子可以扩散到另一端参加界面反应,从而形成三元金属间化合物(Cu,Ni)6Sn5。交互作用不仅对界面金属间化合物的形貌、成分和厚度具有重要的影响。该现象对焊点可靠性的设计和评估具有重要指导意义。 在Cu-SnAg-Ni三明治构型中,由于交互作用,随着互连高度的降低,Cu的消耗加剧,而Ni层的消耗受到抑制;随着SOH的降低,两端IMC的厚度增大,在焊料中占的比率也增大。固态反应中,Ni向Cu界面的扩散抑制了界面上Cu3Sn相的形成,焊点界面IMC占焊点体积比例随互连高度降低、时效时间的增加而增大。 对SnAg焊点抗拉伸性能的研究发现焊点抗拉伸性能随互连高度降低和IMC比例的增大而增加,随时效时间的增加而降低。