论文部分内容阅读
CuCGA互连通常用于大尺寸封装、航天航空、军用等场合。其焊点在服役中处于温度循环和功率循环变化等条件,不可避免地会使焊点组织劣化和器件可靠性降低。目前高温时效相关研究较多但低温时效研究相对较少,低温时效下元素扩散状况可能更接近焊点实际服役峰值温度,所以探究焊点的低温时效非常必要。本文借助于摩擦焊实现直径2.4 mm的63Sn37Pb焊球与直径0.8 mm的Cu柱连接,利用真空干燥箱对焊点进行75℃和90℃低温时效96 h、216 h、384 h、600 h和864 h,并与时效前和150℃时效焊点结果对比分析界面层、钎料组织及Cu柱互连拉脱载荷。利用纳米压痕仪测量焊点时效前后的力学性能。研究发现:1. 在植柱过程中产生的摩擦热、塑性变形热等因素下,随温度升高Sn与Cu原子发生扩散生成平均厚度为0.34μm的界面层;界面层外Pb元素发生一定扩散并粘附在界面层上形成平均厚度为0.81μm的富Pb层;钎料组织据距Cu柱距离分Ⅰ-Ⅳ区,组织形貌分别呈不同状态;时效前Ⅰ-Ⅳ区压痕硬度均值分别为125.84 MPa、156.72 MPa、239.08 MPa和252.14 MPa;时效前Cu柱互连拉脱载荷均值为23.5 N。2.75℃时效界面先生成Cu6Sn5,时效600 h界面出现厚约0.39μm的Cu3Sn,时效864 h后界面平均厚度增至3.28μm;时效864h后富Pb层平均厚度增至6.19μm;时效中相邻Pb相发生合并长大;时效96-864 hⅠ区平均压痕硬度均高于时效前,最高值为600 h的176.08 MPa,Ⅱ-Ⅳ区平均压痕硬度随时效延长逐渐降低但大于时效前相应区域硬度值;时效600 h Cu柱互连拉脱载荷均值最大为73.1 N。3.90℃时效界面有明显变化即稍接近扇贝状,首先生成Cu6Sn5,时效384 h界面出现厚约0.46μm的Cu3Sn,时效864 h后界面平均厚度增至8.92μm;时效864h后富Pb层平均厚度增至7.71μm;时效过程Pb相长大较75℃时效明显;时效96-864 hⅠ区平均压痕硬度均高于75℃时效值,最高值为600 h的180.28 MPa,Ⅱ-Ⅳ区平均压痕硬度随时效延长逐渐降低但大于75℃时效值;时效600 h Cu柱互连拉脱载荷均值最大为84.1 N。4.150℃时效96 h界面出现平均厚度约2.08μm的Cu3Sn,时效864 h总平均厚度升至19.29μm;时效216 h Cu6Sn5/富Pb层界面明显出现空洞,时效600 h出现裂纹;富Pb层平均厚度升至19.81μm;时效中Pb相长大更明显;各区平均压痕硬度较90℃时效明显降低;Cu柱互连拉脱载荷均值逐渐降至18.6 N。5. 时效前后弹性模量均值均稳定在30-38 GPa。时效温度与时间、距Cu柱距离、钎料组织形态等因素对钎料的弹性模量值影响不明显。但时效温度与时间、压痕参数等对压痕硬度影响较明显。