论文部分内容阅读
电子器件的小型化和高密度集成发展对封装行业提出了更多的挑战,其中倒装互连封装技术虽然得到了广泛的应用却仍然存在诸多可靠性问题。超声键合倒装互连封装技术由于具有焊接时间短、对于器件热损伤小及焊点界面局部加热应力失配小等优势,获得业界极大关注。在超声键合过程中,界面铜锡化合物的形成与生长是互连焊点形成可靠机械连接与电气导通的关键,因此成为超声键合技术研究的重点和难点。为此本文通过实验与半定量计算,着重分析了微球超声键合初始阶段Cu焊盘侧界面Cu-Sn化合物的生长形貌、物相种类、化合物生长顺序及化合物分布对互连点可靠性的影响。本文首先设计了针对17×17 mm2的BGA器件(256个钎料凸点)与印制电路板(PCB)超声键合的方形带凹口的焊头和焊架,进而成功搭建了超声键合实验平台,为微球超声焊接机理和可靠性的研究提供了设备保证。其次,根据Cu焊盘侧界面Cu-Sn化合物的生长形貌、尺寸和结构分析将所形成化合物分为三个区域;结合EDS和AES两种元素成分分析手段建立了半定量计算模型,并由微区XRD分析确定了Cu焊盘侧界面Cu6Sn5和Cu3Sn相的存在和分布;提出超声键合过程中Cu界面先形成Cu3Sn相,随后局部转化为非均匀Cu6Sn5相的观点;提出了助焊剂对Cu3Sn相形成有辅助作用;提出Cu6Sn5相在超声空化作用和热效应的影响下,由区域I逐渐向区域II和III过渡的规律。再次,比较了钎料凸台与单晶Cu和多晶Cu两种基板在超声键合时产生的界面化合物的形貌和尺寸;发现无论焊盘为单晶还是多晶界面化合物的形成都有统一的分区;通过界面反应生长动力学知识对Cu-Sn化合物的生长尺寸进行了分析和解释。另外,本文还对于微球超声键合中Cu-Sn化合物种类对互连的可靠性影响进行了研究。分析了焊接时间、焊接压力及下声极与焊头高度差这三个工艺条件影响下的界面Cu-Sn化合物的分布,以及界面Cu-Sn化合物的分布和互连焊点抗剪切强度之间的关系。