倒装芯片无铅凸点β-Sn晶粒取向与电迁移交互作用

作     者：黄明亮 孙洪羽 HUANG Mingliang;SUN Hongyu

作者机构：大连理工大学材料科学与工程学院先进连接技术辽宁省重点实验室大连116024 

出 版 物：《金属学报》 (Acta Metallurgica Sinica)

年 卷 期：2018年第54卷第7期

页      面：1077-1086页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 0806[工学-冶金工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0813[工学-建筑学] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目Nos.51475072 51511140289和51671046 中央高校基本科研业务费项目No.DUT17ZD202~~ 

主　　题：电迁移 β-Sn 各向异性 阴极溶解 IMC析出 晶粒旋转 

摘      要：采用原位电迁移实验研究了在150℃、1.0×10~4A/cm^2条件下倒装芯片Ni/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni-P无铅凸点中β-Sn晶粒取向对金属间化合物(IMC)的聚集析出机制、阴极Ni芯片侧(UBM)溶解行为、电迁移失效机制以及电迁移驱动下β-Sn晶粒的旋转滑移机制的影响。原位观察发现,电迁移过程中(Ni,Cu)_3Sn_4类型IMC在凸点中仅沿着β-Sn晶粒的c轴方向析出,且倾向于在θ角(β-Sn晶粒的c轴与电子流动方向之间的夹角)较小的晶粒内析出;同时,阳极附近观察到β-Sn挤出现象,即凸点出现应力松弛。建立了阴极NiUBM溶解量与β-Sn晶粒取向的关系模型:β-Sn晶粒取向决定阴极NiUBM的溶解量,即当θ角很小时,NiUBM会出现明显溶解;当θ角增大时,NiUBM的溶解受到抑制,该模型与实验值基本吻合。电迁移导致β-Sn晶粒发生旋转滑移,认为是由于不同取向的相邻β-Sn晶粒中电迁移导致的空位通量不同,从而导致阳极晶界处于空位的过饱和,阴极晶界处于空位的未饱和状态,并促使空位沿着晶界出入于自由表面,最终在垂直方向上会产生空位梯度,由沿晶界的空位梯度对应的应力梯度产生的力矩使β-Sn晶粒发生旋转滑移。