1074 中国有色金属学报 2013 年 4 月点的可靠性 [1 2] Ni 与钎料凸点的反应速率远远低于 Cu 和钎料凸点的反应速率, 因此,Ni 作为 UBM 也广泛应用在电子封装芯片互连技术中 [3] 目前, Cu/solder/Ni 焊点结构已取代 Cu/solder/Cu 焊点结构成

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号子岑
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1 第 23 卷第 4 期中国有色金属学报 2013 年 4 月 Vol.23 No.4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr 文章编号 : (2013) Cu Ni 交互作用对 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应的影响黄明亮 1, 2, 陈雷达 1, 2, 赵宁 1, 2 (1. 大连理工大学材料科学与工程学院, 大连 ; 2. 大连理工大学辽宁省先进连接技术重点实验室, 大连 ) 摘要 : 研究 Cu/Sn/Ni 焊点在 250 液固界面反应过程中 Cu Ni 交互作用对界面反应的影响结果表明 : 液固界面反应 10 min 后,Cu Ni 交互作用就已经发生,Sn/Cu 及 Sn/Ni 界面金属间化合物 (IMCs) 由浸焊后的 Cu 6 Sn 5 和 Ni 3 Sn 4 均转变为 (Cu,Ni) 6 Sn 5, 界面 IMCs 形貌也由扇贝状转变为短棒状在随后的液固界面反应过程中, 两界面 IMCs 均保持为 (Cu,Ni) 6 Sn 5 类型, 但随着反应的进行, 界面 IMC 的形貌变得更加凸凹不平 Sn/Cu 和 Sn/Ni 界面 IMCs 厚度均随液固界面反应时间的延长不断增加, 界面 IMCs 生长指数分别为 0.32 和 0.61 在液固界面反应初始阶段,Sn/Cu 界面 IMC 的厚度大于 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度 ; 液固界面反应 2 h 后, 由于 Cu Ni 交互作用, Sn/Cu 界面 IMC 的厚度要小于 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度, 并在液固界面反应 6 h 后分别达到和 μm 关键词 :Cu Ni 交互作用 ; 液固界面反应 ;Cu/Sn/Ni 焊点 ; 金属间化合物中图分类号 :TG425.1 文献标志码 :A Effect of Cu Ni cross solder interaction on liquid solid interfacial reaction in Cu/Sn/Ni solder joint HUANG Ming liang 1, 2, CHEN Lei da 1, 2, ZHAO Ning 1, 2 (1. School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian , China; 2. Key Laboratory of Liaoning Advanced Welding and Joining Technology, Dalian University of Technology, Dalian , China) Abstract: The effect of Cu Ni cross solder interaction on liquid solid interfacial reaction in Cu/Sn/Ni solder joint at 250 was investigated. The results show that the Cu Ni cross solder interaction occurs after liquid solid reaction for 10 min, the initial Cu 6 Sn 5 and Ni 3 Sn 4 form during immersing soldering at the Sn/Cu and Sn/Ni interfaces, and both transform into (Cu,Ni) 6 Sn 5, their morphologies change from scallop shape to rod shape. With increasing reaction time, the interfacial IMCs remain as (Cu,Ni) 6 Sn 5, while their morphologies become more uneven. The IMCs at the Sn/Cu and Sn/Ni interfaces grow thicker with increasing reaction time, and their growth indexes are 0.32 and 0.61, respectively. At the beginning of the liquid solid reaction, the Sn/Cu interfacial IMC is thicker than the Sn/Ni interfacial IMC. However, after liquid solid reaction for 2 h, the result reverses due to the Cu Ni cross solder interaction, and the thicknesses reach and μm after reaction for 6 h, respectively. Key words: Cu Ni cross solder interaction; Cu/Sn/Ni solder joint; liquid solid interfacial reaction; intermetallic compound 电子封装技术中 Cu 作为倒装芯片凸点下金属层 (UBM) 被广泛使用, 但是, 大量的研究表明, 钎料凸点与 Cu 基 UBM 的反应速率很快, 在钎焊过程中会形成一层较厚的金属间化合物 (IMC), 严重影响微小焊基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( ); 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 ( ) 收稿日期 : ; 修订日期 : 通信作者 : 黄明亮, 教授, 博士 ; 电话 : ;E mail: huang@dlut.edu.cn

1074 中国有色金属学报 2013 年 4 月点的可靠性 [1 2] Ni 与钎料凸点的反应速率远远低于 Cu 和钎料凸点的反应速率, 因此,Ni 作为 UBM 也广泛应用在电子封装芯片互连技术中 [3] 目前, Cu/solder/Ni 焊点结构已取代 Cu/solder/Cu 焊点结构成为常见的芯片互连形式近年来, 随着高密度封装的不断发展, 凸点的尺寸持续减小当凸点的尺寸减小

2 1074 中国有色金属学报 2013 年 4 月点的可靠性 [1 2] Ni 与钎料凸点的反应速率远远低于 Cu 和钎料凸点的反应速率, 因此,Ni 作为 UBM 也广泛应用在电子封装芯片互连技术中 [3] 目前, Cu/solder/Ni 焊点结构已取代 Cu/solder/Cu 焊点结构成为常见的芯片互连形式近年来, 随着高密度封装的不断发展, 凸点的尺寸持续减小当凸点的尺寸减小到微米级时, 凸点两侧的界面不再是相对独立的体系, 而是相互联系相互影响, 这主要体现在微小焊点中一侧的 Ni 或 Cu 金属层原子会扩散越过钎料到达对面一侧界面, 并在界面处发生 Cu Ni 交互作用 [4 6] 近年来, 国内外对 Cu Ni 在界面反应过程中的作用进行了大量研究 [7 9] HO 等 [7] 研究发现, Sn Ag xcu 钎料与 Ni 基板在 250 条件下液固界面反应时, 界面 IMC 的类型与钎料中 Cu 浓度有很大关系 : 当钎料中 Cu 含量低于 0.2%( 质量分数 ) 时, 在界面处生成 (Ni,Cu) 3 Sn 4 ; 当钎料中 Cu 含量高于 0.6% 时, 在界面处生成 (Cu,Ni) 6 Sn 5 ; 当钎料中 Cu 含量介于 0.4% 到 0.5% 之间时, 界面处既生成 (Ni,Cu) 3 Sn 4, 又生成 (Cu,Ni) 6 Sn 5 TSAI 等 [8] 研究发现,Sn 3.5Ag 钎料中添加不同含量的 Ni 会对 Sn 3.5Ag xni/cu 界面反应产生影响,Ni 的添加虽然不能改变界面 IMC 的类型, 但会改变其厚度及形貌 Sn 3.5Ag/Cu 界面处的 IMC 为致密的层状结构, 当钎料中加入 Ni 元素后, 界面 IMC 转变为疏松的多孔状结构, 而且厚度大于未添加 Ni 时的厚度此外, 本课题组的前期研究结果表明, 基体中 Cu Ni 的溶解扩散及交互作用对界面反应具有显著的影响 [10 12] 由此可见,Cu 和 Ni 作为参与凸点界面反应中的重要元素, 即使含量很微小也会显著影响界面反应的进程对于 Cu/solder/Ni 焊点结构, 在封装工艺过程中, UBM 中的 Cu 和 Ni 原子会溶解并扩散越过钎料参与对面一侧的界面反应, 进而对微小焊点的可靠性产生影响在 Cu/solder/Ni 焊点中,Cu 和 Ni 作为无限的扩散源对界面反应的影响必然不同于微量的 Cu 和 Ni 对界面反应的影响因此, 本文作者采用 Cu/Sn/Ni 线性焊点 ( 即采用目前业界常见的焊点间距 ) 研究液固界面反应过程中 Cu 与 Ni 交互作用及其对界面反应产物及生长动力学的影响 1 实验以增加润湿性并避免钎焊孔洞出现在 Cu 块和 Ni 块之间放置两根直径为 200 μm 的不锈钢丝以控制焊点间距, 将固定好的试样浸入 300 g 液态纯 Sn 中进行钎焊, 钎焊温度为 260 C 时间为 10 s 然后, 将试样立即取出并水冷至室温将钎焊后的试样线切割加工制成横截面尺寸约为 600 μm 600 μm 的条状试样, 最后再将这些条状试样的 4 个侧面分别进行预磨抛光处理制备成横截面尺寸为 300 μm 300 μm 的线性焊点图 1 所示为 Cu/Sn/Ni 线性焊点的液固界面反应装置示意图液固界面反应实验在油浴中进行, 将线性焊点水平放置在矩形玻璃上, 用密封胶将试样固定在载玻片上, 然后用特制的金属夹具进行固定, 最后将整个装置放入温度为 250 的油浴中进行液固界面反应, 反应时间分别为 10 min 30 min 1 h 2 h 4 h 和 6 h 图 1 Cu/Sn/Ni 线性焊点液固界面反应示意图 Fig. 1 Schematic diagram of liquid solid interfacial reaction of line type Cu/Sn/Ni interconnect 液固界面反应后的线性焊点首先进行预磨, 然后再依次用直径分别为 1.5 和 0.5 μm 的金刚石抛光膏进行抛光抛光后再用 92% 酒精 5% 硝酸 3% 盐酸 ( 体积分数 ) 的腐蚀液进行腐蚀, 腐蚀时间为 10 s 采用 JSM 5600LV 型扫描电子显微镜和 EPMA 1600 型电子探针分别对界面金属间化合物的形貌与成分进行观察与分析采用 Q500IW 型图像分析软件测定 SEM 照片中界面 IMC 层的面积, 然后除以测量区域的总长度, 得到界面 IMC 层的平均厚度为了结果更加准确, 每个界面取 3 张照片, 每张照片测量 3 次, 最后取平均值采用浸焊的方法来制备 Cu/Sn/Ni 线性焊点先将 Cu 块和 Ni 块 (5 mm 7 mm 12 mm) 的端面 (5 mm 7 mm) 进行预磨抛光, 然后电镀一层 3 μm 厚的 Sn, 2 结果与分析图 2 所示为 Cu/Sn/Ni 焊点在 260 C 下浸焊反应

第 23 卷第 4 期黄明亮, 等 :Cu Ni 交互作用对 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应的影响 1075 10 s 后的微观组织浸焊后 Cu 基板和 Ni 基板之间形成了良好的连接,Cu 和 Ni 的实际间距为 (210±5) μm 在焊点两侧的 Sn/Ni 和 Sn/Cu 界面上均生成了扇贝状的 IMC EPMA 分析得 Sn/Ni 界面 IMC 为 Ni 3 Sn 4,

3 第 23 卷第 4 期黄明亮, 等 :Cu Ni 交互作用对 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应的影响 s 后的微观组织浸焊后 Cu 基板和 Ni 基板之间形成了良好的连接,Cu 和 Ni 的实际间距为 (210±5) μm 在焊点两侧的 Sn/Ni 和 Sn/Cu 界面上均生成了扇贝状的 IMC EPMA 分析得 Sn/Ni 界面 IMC 为 Ni 3 Sn 4, Sn/Cu 界面 IMC 为 Cu 6 Sn 5, 由此可见, 在短时浸焊反应后并没有发生 Cu Ni 交互作用测量得到 Ni 3 Sn 4 层和 Cu 6 Sn 5 层的厚度分别为 0.25 μm 和 0.30 μm 在钎料基体中观察到细小的共晶组织 WANG 和 LIU [13] 研究了 Cu/Sn/Ni 焊点在 250 条件下的液固界面反应, 发现当反应时间小于 1 min 时,Sn/Ni 界面 IMC 的生长速率小于 Sn/Cu 界面 IMC 的生长速率, 这与本实验的结果相吻合由图 3(a) 可知, 液固界面反应 10 min 后,Sn/Ni 界面 IMC 已由初始的 Ni 3 Sn 4 转变为 Cu 6 Sn 5 类型,EPMA 分析显示其具体成分为 (Cu 0.83 Ni 0.17 ) 6 Sn 5 在钎焊过程中, 从 Sn/Cu 界面处溶解到液态钎料中的大量 Cu 原子会在化学势梯度的驱动下扩散到 Sn/Ni 界面并参与界面反应, 由于 Cu 6 Sn 5 具有更低的吉布斯自由能 [14], 促使界面 IMC 由 Ni 3 Sn 4 转变为 (Cu 0.83 Ni 0.17 ) 6 Sn 5 同样, Sn/Ni 界面处的 Ni 原子溶解到液态钎料中后, 也会在化学势梯度的驱动下扩散到 Sn/Cu 界面并参与界面反应, 但界面 IMC 仍为 Cu 6 Sn 5 类型, 如图 3(b) 所示同时, 由于 Ni 的溶解速率较低,Sn/Cu 界面 IMC 为 (Cu 0.92 Ni 0.08 ) 6 Sn 5, 仅含有少量的 Ni 原子此外,Sn/Ni 和 Sn/Cu 界面 IMCs 形貌均由初始的扇贝状转变为短棒状, 厚度分别为 2.59 μm 和 4.88 μm 在钎料基体中均匀分布着颗粒状的 IMC,EPMA 分析表明这些颗粒状的 IMC 为 (Cu,Ni) 6 Sn 5 WANG 和 LIU [13] 的研究同样发现, 经过 1 min 后, 在 Sn/Cu 和 Sn/Ni 界面上均生成了 (Cu,Ni) 6 Sn 5 IMC, 但界面 IMC 的形貌却有所不同, 这主要是由于焊点两侧界面的间距有所不同 ( 本研究中焊点的间距为 200 μm, 而文献 [13] 中焊点的间距为 100 μm), 从而导致焊点中元素的扩散行为及界面处 Cu Ni 元素的原子浓度有所不同可见, 焊点间距对 Cu Ni 交互作用及界面反应有重要影响 Cu 原子和 Ni 原子在液态 Sn 中的扩散速率均为 10 5 cm 2 /s 数量级 [15], 其扩散距离可表示为 S = Dt (1) 式中 :S 为扩散距离,D 为扩散速率,t 为扩散时间根据式 (1) 计算可知, 在本研究条件下,Cu 原子和 Ni 原子仅需要 40 s 就可以扩散到焊点对面一侧, 可见液固界面反应 10 min 后,Cu Ni 必将发生交互图 2 浸焊后 Cu/Sn/Ni 焊点的微观组织 Fig. 2 Microstructures of Cu/Sn/Ni interconnect after immersing soldering: (a) Entire micrograph; (b) Sn/Ni interface; (c) Sn/Cu interface 图 3 所示为 Cu/Sn/Ni 焊点在 250 液固界面反应不同时间后界面微观组织演变图 3(a) (c) (e) (g) 为 Sn/Ni 界面, 图 3(b) (d) (f) (h) 为 Sn/Cu 界面作用, 并导致 Sn/Ni 界面 IMC 类型发生转变 ( 由 Ni 3 Sn 4 转变成 Cu 6 Sn 5 类型 ), 两侧界面处的 IMC 形貌也发生转变如图 3(c) 和 (d) 所示, 液固界面反应 30 min 后, 钎料中的颗粒状 IMC 越来越多 Sn/Cu 和 Sn/Ni 界面 IMC 厚度进一步增加, 分别达到 6.17 和 4.93 μm 界面 IMC 仍然为 (Cu,Ni) 6 Sn 5 类型,EPMA 分析可知 S n / C u 和 Sn / N i 界面 I M C 的成分分别为 (Cu 0.90 Ni 0.10 ) 6 Sn 5 和 (Cu 0.83 Ni 0.17 ) 6 Sn 5 Sn/Ni 界面处的 (Cu,Ni) 6 Sn 5 由短棒状逐渐转变为长棒状在 Sn/Cu 界面处并未发现有 Cu 3 Sn 生成, 这是由于 Ni 的存在抑制了 Cu 3 Sn 的生长 WATANABE 等 [16] 研究了 Ni 对 Sn Ag Cu/Cu 液固界面反应的影响, 发现当钎料中加入微量 Ni 元素时, 能够明显抑制 Cu 6 Sn 5 /Cu 界面处

中国有色金属学报 1076 图3 2013 年 4 月 Cu/Sn/Ni 焊点在 250 液固界面反应过程中界面组织演变 Fig.

4 中国有色金属学报 1076 图年 4 月 Cu/Sn/Ni 焊点在 250 液固界面反应过程中界面组织演变 Fig. 3 Microstructures evolutions of Cu/Sn/Ni interconnects during liquid solid interfacial reaction at 250 : (a), (c), (e), (g) Sn/Ni interfaces (b), (d), (f), (h) Sn/Cu interfaces Cu3Sn 层的生长这与本实验结果相吻合界面 IMC 的生长速率要大于 Sn/Cu 界面处 IMC 的生如图 3(e)和(f)所示液固界面反应 2 h 后 Sn/Ni 长速率 EPMA 分析可知 Sn/Cu 和 Sn/Ni 界面 IMC 和 Sn/Cu 界面 IMC 继续增厚分别达到了和的成分分别为(Cu0.92Ni0.08)6Sn5 和(Cu0.87Ni0.13)6Sn5 液 μm 此时 Sn/Ni 界面上 IMC 的厚度要比 Sn/Cu 固界面反应 2 h 后 Sn/Ni 界面(Cu,Ni)6Sn5 由短棒状转界面上 IMC 的厚由此可见 Cu/Sn/Ni 焊点在液固变为长棒状界面反应过程中 Sn/Cu 和 Sn/Ni 界面处的 IMC 虽然如图 3(g)和(h)所示液固界面反应 6 h 后 Sn/Cu 均为(Cu,Ni)6Sn5 类型并且均随液固界面反应时间的和 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度分别达到和 μm 增加而增厚但是其具有不同的生长速率在液固即使液固界面反应进行了 6 h Sn/Ni 界面 IMC 仍然界面反应初期 Sn/Cu 界面 IMC 的生长速率要大于为(Cu,Ni)6Sn5 在(Cu,Ni)6Sn5/Ni 的界面处并没有生成 Sn/Ni 界面 IMC 的生长速率而经过一段时间后 Sn/Ni (Ni,Cu)3Sn4 Sn/Cu 界面 IMC 也为(Cu,Ni)6Sn5 并未

5 第 23 卷第 4 期黄明亮, 等 :Cu Ni 交互作用对 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应的影响 1077 发现 Cu 3 Sn 层的生成 EPMA 分析显示, Sn/Ni 和 Sn/Cu 界面 IMC 的成分分别为 (Cu 0.89 Ni 0.11 ) 6 Sn 5 ( 图 3(g)) 和 (Cu 0.90 Ni 0.10 ) 6 Sn 5 ( 图 3(h)) 与液固界面反应 2 h 后的焊点相比,Sn/Cu 界面 IMC 的厚度仅增加了 4.47 μm, 而 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度则增加了 μm 由此可见, 随着液固界面反应时间的延长,Sn/Cu 界面 IMC 的增长越来越缓慢, 而 Sn/Ni 界面 IMC 的增长却越来越快图 4 所示为 250 时 Sn Cu Ni 三元相图的等温截面图 [13] 由图 4 可知,Cu 在 Sn 中的饱和溶解度约为 1.2%( 质量分数 ), 当 Sn 中含有 0.2% 的 Ni 时,Cu 在 Sn 中的饱和溶解度就会下降到 0.6% Ni 在 Sn 中的饱和溶解度约为 0.2%, 但当 Sn 中溶解有少量的 Cu 时 ( 低于 0.6%),Ni 在 Sn 中的溶解度变化并不大, 只有当 Cu 含量高于 0.6% 时,Ni 在 Sn 中的饱和溶解度才会下降对 Cu/Sn/Ni 焊点而言,Sn/Cu 界面附近钎料中的 Cu 浓度要大于 Sn/Ni 界面附近钎料中的 Cu 浓度, 因此,Cu 原子在钎料中存在一个浓度梯度, 在该浓度梯度的作用下,Cu 原子会不断地从 Cu 端扩散到 Ni 端 ; 而 Sn/Ni 界面附近钎料中的 Ni 原子浓度虽然比 Sn/Cu 界面附近钎料中的 Ni 原子浓度大, 但是与 Cu 原子在钎料中的浓度梯度相比要小很多, 所以, Ni 原子在钎料中的扩散通量要明显小于 Cu 原子在钎料中的扩散通量层生长速率系数,n 为 IMC 层生长速率指数式 (2) 中的 K 可用 Arrhenius 方程来表示 : Q K = K 0 exp (3) RT 式中 :K 0 为生成常数,Q 为生长激活能,T 为绝对温度,R 为摩尔气体常数将式 (3) 代入式 (2) 并对两边取对数得 Q lg( h t h 0 ) = lg K 0 + n lg t (4) RT Q 在界面反应过程中 lg K 0 为常数, 由此可见, RT 以 lg( h t h 0 ) 和 lg t 为坐标作图, 可得一条直线, 直线的斜率即为 IMC 层的生长指数 n 图 5 所示为 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应过程中界面 IMC 的 lg( h t h 0 ) lg t 关系图在 250 液固界面反应过程中,Sn/Cu 及 Sn/Ni 界面 IMC 的生长指数分别为 0.32 和 0.62 随着液固界面反应时间的延长, 界面 (Cu,Ni) 6 Sn 5 IMC 的厚度不断增加在液固界面反应初期,Cu Ni 交互作用没有发生, 但由于 Sn 和 Cu 的反应速率大于 Sn 和 Ni 的反应速率, 因此,Sn/Cu 界面 IMC 的厚度大于 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度 ; 随着液固界面反应的进行, 由于 Cu 与 Ni 之间的交互作用,Sn/Ni 界面 IMC 的生长速率大于 Sn/Cu 界面 IMC 的生长速率 ; 因此, 液固界面反应 2 h 后,Sn/Ni 界面 IMC 的厚度大于 Sn/Cu 界面 IMC 的厚度图下 Sn Cu Ni 等温相图富 Sn 角处放大示意图 [13] Fig. 4 Enlarged Sn corner of isothermal section of Sn Cu Ni ternary phase diagram at 250 [13] 液固界面反应过程中界面 IMC 的厚度与反应时间的关系可用以下经验公式表示 : t n h h 0 = Kt (2) 式中 :h t 为经液固界面反应时间 t 后界面 IMC 层的厚度,h 0 为界面 IMC 层的初始厚度 (t=0),k 为 IMC 图 5 Cu/Sn/Ni 焊点液固界面反应过程中界面 IMC 的 lg( h t h 0 ) lg t 关系曲线 Fig. 5 lg( h t h 0 ) lg t plots of growth kinetics of IMC layers in Cu/Sn/Ni interconnect during liquid solid reaction 焊点中界面 IMC 的厚度及形貌会显著影响焊点的力学性能, 通过液固反应过程中交互作用对界面 IMC 的成分变化规律金属间化合物类型以及生长动力学的影响可知, 焊点中的 Cu Ni 交互作用通过影响

6 1078 界面反应, 进而会对焊点的力学性能产生重要影响在交互作用下, 一方面,Sn/Ni 界面 IMC 的类型发生转变且具有更大的生长速率, 界面 IMC 过快生长将使焊点的可靠性下降 ; 另一方面, 由于被溶解的 Cu 原子参与 Sn/Ni 界面反应, 将使液态钎料中的 Cu 浓度降低, 这会促使 Cu 基板的加速溶解, 从而降低焊点的可靠性因此, 焊点中的交互作用将对焊点的可靠性产生不利影响, 在焊点设计及封装工艺过程中应予以避免 3 结论 1) 250 短时浸焊后 (10 s), Cu/Sn/Ni 焊点中没有发生 Cu Ni 交互作用,Cu 6 Sn 5 和 Ni 3 Sn 4 IMCs 分别在 Sn/Cu 及 Sn/Ni 界面处生成 2) 在 250 下液固界面反应 10 min 后,Cu Ni 交互作用明显 Cu 原子和 Ni 原子均溶解并扩散到对面基体的界面上参与界面反应,Sn/Ni 及 Sn/Cu 界面的 IMCs 均转变为 (Cu,Ni) 6 Sn 5 3) Sn/Cu 与 Sn/Ni 界面 IMCs 的厚度均随着液固界面反应时间的延长而增加, 其生长指数分别为 0.32 和 0.61 在液固界面反应的初始阶段,Sn/Cu 界面 IMC 的厚度要大于 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度 ; 液固界面反应 2 h 后, 由于 Cu 与 Ni 之间的交互作用,Sn/Cu 界面 IMC 的厚度要小于 Sn/Ni 界面 IMC 的厚度, 并随着界面反应时间的延长一直保持 ; 液固界面反应 6 h 后,Sn/Cu 与 Sn/Ni 界面 IMCs 厚度分别达到和 μm 4) 交互作用的存在会加速 Sn/Ni 界面 IMC 的生长和 Cu 基板的溶解, 降低焊点的可靠性, 应通过焊点设计及封装工艺优化予以避免 REFERENCES [1] ZENG K J, STIERMAN R, CHIU T C, EDWARDS D, ANO K, TU K N. Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability[j]. Journal of Applied Physics, 2005, 97(2): [2] CHANG C C, LIN Y W, WANG Y W, KAO C R. The effect of solder volume and Cu concentration on the consumption rate of Cu pad during reflow soldering[j]. Journal of Alloys and Compounds, 2010, 492(1/2): [3] ZHANG F, LI M, CHUM C C, TUNG C H. Effects of substrate metallizations on solder/underbump metallization interfacial reactions in flip chip packages during thermal aging[j]. Journal of Materials Research, 2003, 18(6): [4] HONG K K, RYU J B, PARK C Y, HUH J Y. Effect of 中国有色金属学报 2013 年 4 月 cross interaction between Ni and Cu on growth kinetics of intermetallic compounds in Ni/Sn/Cu diffusion couples during aging[j]. Journal Electronic Materials, 2008, 37(1): [5] CHANG C W, YANG S C, TU C T, KAO C R. Cross interaction between Ni and Cu across Sn layers with different thickness[j]. Journal Electronic Materials, 2007, 36(11): [6] WANG S J, LIU C Y. Study of interaction between Cu Sn and Ni Sn interfacial reactions by Ni Sn3.5Ag Cu sandwich structure[j]. Journal Electronic Materials, 2003, 32(11): [7] HO C E, TSAI R Y, LIN Y L, KAO C R. Effect of Cu concentration on the reactions between Sn Ag Cu solders and Ni[J]. Journal of Electronic Materials, 2002, 31(6): [8] TSAI J Y, HU Y C, TSAI C M, KAO C R. A study on the reaction between Cu and Sn3.5Ag solder doped with small amounts of Ni[J]. Journal of Electronic Materials, 2003, 32(11): [9] YOON J W, NOH B I, JUNG S B. Effects of third element and surface finish on interfacial reactions of Sn Ag xcu (or Ni)/(Cu or ENIG) solder joints[j]. Journal of Alloys and compounds, 2010, 506(1): [10] 陈雷达, 周少明, 黄明亮. 电迁移对 Ni/Sn/Ni P 焊点界面反应的影响 [J]. 稀有金属材料与工程, 2012, 41(10): CHEN Lei da, ZHOU Shao ming, HUANG Ming liang. Effect of electromigration on interfacial reaction in Ni/Sn/Ni P solder joint[j]. Rare Metal Materials and Engineering, 2012, 41(10): [11] 黄明亮, 陈雷达, 周少明. 电迁移对 Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu 焊点界面反应的影响 [J]. 金属学报, 2012, 48(3): HUANG Ming liang, CHEN Lei da, ZHOU Shao ming. Effect of electromigration on interfacial reaction in Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu flip chip solder joint[j]. Acta Metallurgica Sinica, 2012, 48(3): [12] 黄明亮, 陈雷达, 周少明, 赵宁. 电迁移对 Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni P 倒装无铅焊点界面反应的影响 [J]. 物理学报, 2012, 61(19): HUANG Ming liang, CHEN Lei da, ZHOU Shao ming, ZHAO Ning. Effect of electromigration on interfacial reaction in Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni P flip chip solder joints[j]. Acta Physica Sinica, 2012, 61(19): [13] WANG S J, LIU C Y. Kinetic analysis of the interfacial reactions in Ni/Sn/Cu sandwich structures[j]. Journal Electronic Materials, 2006, 35(11): [14] LAURILA T, VUORINEN V, KIVILAHTI J K. Interfacial reactions between lead free solders and common base materials[j]. Mater Sci Eng R, 2005, 49: [15] ROY A K, CHABRA R P. Prediction of solute diffusion coefficients in liquid metals[j]. Metallurgical Transactions A, 1988, 19(2): [16] WATANABE H, SHIMODA M, HIDAKA N, SHOHJI I. Effect of interfacial reaction in Sn Ag Cu solder alloy with Ni addition[j]. Key Engineering Materials, 2011, 462/463: ( 编辑龙怀中 )

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untitled 20 1 2010 10 Vol.20 Special 1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Oct. 2010 1004-0609(2010)S1-s0127-05 Ti-6Al-4V 1 2 2 (1. 710016 2., 710049) 500~1 000 20 Ti-6Al-4V(TC4) TC4 800 TC4 800 TC4 TC4 800

1074 中国有色金属学报 2013 年 4 月 点的可靠性 [1 2] Ni 与钎料凸点的反应速率远远低于 Cu 和钎料凸点的反应速率, 因此,Ni 作为 UBM 也广 泛应用在电子封装芯片互连技术中 [3] 目前, Cu/solder/Ni 焊点结构已取代 Cu/solder/Cu 焊点结构成

1074 中国有色金属学报 2013 年 4 月点的可靠性 [1 2] Ni 与钎料凸点的反应速率远远低于 Cu 和钎料凸点的反应速率, 因此,Ni 作为 UBM 也广泛应用在电子封装芯片互连技术中 [3] 目前, Cu/solder/Ni 焊点结构已取代 Cu/solder/Cu 焊点结构成