[01297308]微纳尺度焊点互连界面反应和金属间化合物生长机理及其对微互连可靠性的影响

1、课题来源与背景：广东省自然科学基金面上项目。 2、研究目的与意义：随着高密度封装技术的快速发展,互连焊点的特征尺寸逐渐减小,微纳尺度焊点互连界面金属间化合物生长加快,成为影响高密度封装可靠性的关键性问题。研究表明,当微焊点体积小于10-12m3数量级时,微焊点两端界面原子的扩散路径缩短了,使得微焊点两侧界面反应相互作用更加明显和复杂,对微焊点的微观结构和性能有极大的影响。由于微焊点体积的缩小,微纳尺度焊点互连界面的力学性能和可靠性对微焊点界面反应、IMC结构、组成、晶粒大小及形貌等微观结构变化更加敏感,使电子产品的可靠性受到焊点微型化所带来的前所未有的挑战。本项目研究掺杂对微尺度互连焊点界面反应、IMC生长机理、互连界面微观结构和机械性能的影响机理,找出有效抑制界面IMC生长和提高微纳尺度互连可靠性的方案,为有效改善微纳尺度焊点互连界面可靠性提供一定的理论依据和实验数据。 3、主要论点与依据：项目研究了焊盘尺寸和TiO2纳米颗粒掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在回流焊过程中界面液-固反应影响的结果表明,在回流焊过程中,随着焊盘尺寸的减小,微焊点界面IMC层厚度和柳条状IMC数量皆呈现减少的趋势。同时,掺杂TiO2纳米颗粒后微焊点界面IMC层厚度减小。减小焊盘尺寸和TiO2纳米颗粒掺杂均可以降低焊点IMC的生长指数,抑制界面IMC层生长。焊盘尺寸影响界面IMC层生长的原因可能主要是焊盘尺寸不同使得回流焊过程中焊点近界面区域Cu元素浓度不同,进而导致界面IMC生长速率不同。TiO2纳米颗粒影响界面IMC生长机理可能为异相成核机制。研究了焊盘尺寸和TiO2纳米颗粒掺杂对焊点在100℃,120℃和150℃时效条件下界面固-固反应影响的结果表明,在时效过程中,随着焊盘尺寸的减小,微焊点界面IMC层呈现变薄的趋势。微焊点界面IMC层的生长效率与焊盘尺寸呈正比关系。同时,掺杂TiO2纳米颗粒后微焊点界面IMC层厚度减小。在时效过程中,减小焊盘尺寸和TiO2纳米颗粒掺杂均可以提高焊点IMC层的活化能,减少原子的互扩散速率,从而抑制界面IMC层生长。 4、创见与创新：（1）建立了回流焊过程中引入尺度因子的微纳尺度焊点液-固界面反应的IMC晶粒形成、生长和成熟长大的热/动力学方程,找出掺杂影响液-固界面IMC晶粒生长的热/动力学参数和抑制微纳尺度焊点互连界面IMC晶粒生长的机理; （2）建立了热时效过程中引入尺度因子的微纳尺度焊点固-固界面反应热/动力学方程,找出动力学参数尺度依赖性的解析函数,找出掺杂影响微纳尺度焊点固-固界面IMC晶粒间相互作用和IMC晶粒间合并、长大与消亡的机理。 5、成果：发表相关学术论文7篇,其中SCI6篇,EI1篇;申请发明专利2件,授权发明专利1件,申请并授权实用新型专利1件。 6、人才培养：项目执行期,项目负责人唐宇入选青年珠江学者,广东特支计划科技创新青年拔尖人才。