【摘 要】
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随着电子芯片体积不断缩小以及功能逐渐多样化,对芯片微互连焊点的性能要求越来越高。在电子封装中,微互连焊点通常由Sn钎料和Cu基板构成,Sn/Cu接头在服役过程中,界面处会形成较厚的Cu6Sn5层和Cu3Sn层。焊点界面处过厚的金属间化合物（IMC）层具有脆而硬的性质,会造成互连焊点的开裂失效。因此,通常将薄的Ni片用作Sn/Cu接头的扩散阻挡层,减慢Sn/Cu接头IMC层的生长。在Ni基板的选取上
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随着电子芯片体积不断缩小以及功能逐渐多样化,对芯片微互连焊点的性能要求越来越高。在电子封装中,微互连焊点通常由Sn钎料和Cu基板构成,Sn/Cu接头在服役过程中,界面处会形成较厚的Cu6Sn5层和Cu3Sn层。焊点界面处过厚的金属间化合物（IMC）层具有脆而硬的性质,会造成互连焊点的开裂失效。因此,通常将薄的Ni片用作Sn/Cu接头的扩散阻挡层,减慢Sn/Cu接头IMC层的生长。在Ni基板的选取上,多晶Ni晶界数量很多,而单晶Ni几乎无晶界。单晶Ni与多晶Ni的微观组织不同,其对Sn/Ni接头界面行为的影响尚未可知。因此,本课题采用回流焊的方法,将多晶Ni（PC Ni）、单晶Ni（SC Ni）基板分别与Sn-x Ni钎料（x=0,0.05,0.1）形成Sn-x Ni/PC Ni、Sn-x Ni/SC Ni接头。研究了Sn/PC Ni、Sn/SC Ni接头在不同回流时间和热老化时间下,液相IMCs晶粒的生长行为及固相界面IMCs层的微观组织演化,并且研究了Sn-x Ni/PC Ni、Sn-x Ni/SC Ni接头的界面生长行为。为电子封装中Ni扩散阻挡层的选取及其界面生长行为提供理论指导。研究结果如下:（1）在260°C回流不同时间以及在180°C热老化不同时间下,Sn-x Ni/PC Ni接头（x=0,0.05,0.1）的界面相均为棒状的Ni3Sn4相,而Sn-x Ni/SC Ni接头（x=0,0.05,0.1）的界面相均为层片状的Ni Sn4相。Ni Sn4相在以往的研究中为亚稳态相,而在本试验采用单晶Ni基板时,界面相却稳定为Ni Sn4相。在液相反应初期,Sn/PC Ni、Sn/SC Ni接头IMCs晶粒的生长行为均为晶粒熟化行为。随着回流时间延长,IMCs的生长行为转变为晶粒吞并行为。（2）Sn/PC Ni、Sn/SC Ni接头界面层随着热老化时间延长逐渐变厚,且Ni3Sn4层厚度明显比Ni Sn4层厚度厚。随着热老化时间的延长,Sn/PC Ni接头界面的Ni3Sn4层逐渐变得致密且平坦。而Sn/SC Ni接头随着热老化时间的延长,界面Ni Sn4层在逐渐变厚的同时,Sn原子也会与SC Ni基板顶部的γ相形成Ni Sn4相,形成较薄的扩散层。PC Ni基板主要通过晶界扩散向界面处提供Ni原子,而SC Ni基板主要通过晶格扩散向界面处提供Ni原子。结合界面生长动力学,分析发现Ni3Sn4层的生长主要受扩散元素控制,而Ni Sn4层的生长主要由反应速率控制。（3）当Sn-x Ni/PC Ni接头回流5min后,Sn0.05Ni/PC Ni接头的Ni3Sn4晶粒粒径最小。当热老化相同时间时,Sn0.05Ni/PC Ni接头的Ni3Sn4层厚度最厚,Sn/PC Ni接头的Ni3Sn4层厚度最薄。当Sn-x Ni/SC Ni接头回流5min后,Sn/SC Ni接头的Ni Sn4晶粒的厚度最薄。当热老化相同时间时,Sn0.1Ni/SC Ni接头的Ni Sn4层厚度最厚,Sn/SC Ni接头的Ni Sn4层厚度最薄。Sn-x Ni/SC Ni接头的Ni Sn4层厚度均小于Sn-x Ni/PC Ni接头的Ni3Sn4层厚度,并且Sn-x Ni/SC Ni接头的Ni Sn4层厚度相对较薄且不均匀。
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