倒装芯片无铅凸点β-Sn晶粒取向与电迁移交互作用

• 作者: 孙洪羽 黄明亮
• 来源期刊: 金属学报
• 学科: 工学
• 关键词: 电迁移 β-Sn 各向异性 阴极溶解 IMC析出 晶粒旋转
• 年，卷（期）: 2018,（7）
• 页码范围: 1077-1086
• 页数: 10页
• 分类号: TN405
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00426

摘要

采用原位电迁移实验研究了在150℃、1.0×104A/cm2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)3Sn4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Ni UBM溶解量与-Sn晶粒取向的关系模型:-Sn晶粒取向决定阴极Ni UBM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,Ni UBM的溶解受到抑制,该模型与实验值基本吻合.电迁移导致-Sn晶粒发生旋转滑移,认为是由于不同取向的相邻-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-Sn晶粒发生旋转滑移.