Cu-Sn-xZn-Cu焊點釬焊反應熱遷移研究.pdf

1、在電子封裝技術中，釬焊界面反應是實現焊點可靠互連的關鍵。釬焊時，若微焊點兩側界面存在溫度差，形成溫度梯度，則能夠引起金屬原子的定向遷移，即產生熱遷移現象，進而會影響基體金屬的溶解和界面金屬間化合物(IMC)的生長乃至轉變。目前，釬焊條件下微焊點的熱遷移問題尚屬電子封裝互連技術領域的新課題，相關研究尚不完善，亟需開展深入研究。本論文研究了熱遷移作用下Cu/Sn-xZn/Cu焊點的釬焊界面反應、原子定向遷移規(guī)律、界面IMC類型與形貌變化，并

2、對熱遷移理論中的關鍵常數遷移熱Q*進行了推理及計算。
　　研究結果表明:
　　(1)Cu/Sn/Cu焊點熱遷移時，冷、熱端界面處生成的IMC均由釬料側較厚的Cu6Sn5和Cu基板側較薄的Cu3Sn組成。熱遷移造成了冷、熱端界面IMC厚度的顯著差異，且隨溫度升高，影響加劇，Cu向冷端遷移的現象也更明顯。在純Sn釬料中，由于Sn原子數量巨大，因此溶入釬料中的Cu原子為主要遷移元素。熱遷移時，溶入釬料中的Cu原子在溫度梯度作用下形

3、成由熱端向冷端的凈遷移流，導致冷端界面IMC生長速度大于熱端，表現為冷端界面IMC厚度比熱端大，且冷、熱端厚度差隨反應時間延長而增大。冷端界面IMC層的厚度隨釬焊時間呈線性變化，為反應控制;熱端呈拋物線式變化，為擴散控制。
　　(2)Cu/Sn-1Zn/Cu焊點250℃熱遷移時，反應開始冷、熱端均生成Cu5Zn8，繼而發(fā)生Cu5Zn8向Cu6(Sn，Zn)5轉變（冷端轉變較快），最后兩側界面完全變?yōu)镃u6(Sn，Zn)5。反應過程

4、中發(fā)生了主遷移元素的轉換:反應60min以前，Zn作為主擴散元素向熱端遷移，熱端界面生成的Cu5Zn8IMC較冷端厚;60min后，由于Zn元素消耗殆盡，Cu將作為主擴散元素向冷端遷移，冷端Cu6(Sn，Zn)5厚度迅速增長并遠超過熱端。經過計算得出Zn的遷移熱為+9.053kJ/mol。在280℃反應時，界面IMC類型和轉變規(guī)律同250℃，但溫度升高使得界面反應速度和程度增加，出現主遷移元素轉換的時間縮短了大約45min。