激光加热条件下无铅微焊点界面金属间化合物结构优化

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互连焊点的质量是影响器件可靠性的重要因素,本文研究了SnAgCu无铅微焊点激光加热和激光二次加热及热循环疲劳之后,钎料与Au/Cu(2.5μm/15μm)和Au/Ni/Cu(2.5μm/2.0μm/15.0μm)两种水平焊盘界面微观组织、拉伸强度和断裂位置的变化。激光一次加热后,两种焊盘所得焊点界面处生成的金属间化合物以Au-Sn二元相为主,并且界面处还有剩余的Au层残留,AuSn2和AuSn4分别随着激光能量的增加由连续的层状和细小针状分布转化为粗大的针状形态分布,还有少量的层状AuSn出现;激光二次加热后,Au/Cu焊盘所得焊点界面处生成了厚厚的金属间化合物层,向钎料内部生长的针状AuSn2和AuSn4,界面处没有残留Au存在,在Au-Sn二元相与焊盘界面处有(Au,Sn,Cu)三元相生成,对于Au/Ni/Cu焊盘所得焊点在Au-Sn二元相与焊盘界面处有(Au,Sn,Cu,Ni)四元相存在。激光二次加热后焊点拉伸强度较激光一次加热后焊点强度都有所损失,其中含Ni焊盘所得焊点拉伸强度有大幅度下降,对焊点断裂位置分析,结果表明经过激光二次加热的焊点断裂位置由激光一次加热所得焊点的Au-Sn二元相层转变到(Au,Sn,Cu)三元相层和(Au,Sn,Cu,Ni)四元相与焊盘界面处。热循环疲劳过程中,两种焊盘焊点界面金属间化合物演变规律大致相同,Au/Cu焊盘中,Cu大量向焊点内扩散,界面处(Au,Sn,Cu)三元相最终生成(Au,Cu)6Sn5稳定相,Au/Ni/Cu焊盘中,Ni、Cu与Au、Sn可以互扩散,界面(Au,Sn,Cu,Ni)四元相最后演变成(Au,Cu,Ni)Sn4。两种焊盘热疲劳后所得焊点的拉伸强度变化规律大致相同,在100次循环之前,焊点强度有大幅下降,100次循环至500次循环之间,焊点强度变化不大,趋于稳定。对焊点断裂位置分析,结果显示无论是激光一次加热还是激光二次加热,经过热疲劳循环的焊点断裂位置大致相同,实验结果表明,除了针状Au-Sn二元相,(Au,Sn,Cu)三元相层和(Au,Sn,Cu,Ni)四元相与焊盘界面处都是焊点脆弱部位,会应引起焊点的脆断。
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