杨廓 李五岳 李爽 闫志成 田野

摘 要：【目的】研究固态热迁移条件下Cu/SAC305/Cu微焊点中金属间化合物（IMCs，Intermetallic Compounds）微观形貌演变与非均匀化生长规律。【方法】使用回流焊机制备微焊点，并利用固态热迁移平台开展热迁移试验。【结果】随着热迁移时间的延长，在冷端Cu与Cu6Sn5界面处产生Cu3Sn新相，界面IMCs总厚度增加，形貌由均匀分布的扇贝状转化为层状，微焊点界面存在冷端IMCs增长显著快于热端的非均匀化生长现象。【结论】研究了Cu/SAC305/Cu微焊点服役过程中微观形貌演变规律，为可靠性评估提供一定的参考。

关键词：Cu/SAC305/Cu微焊点；固态热迁移；非均匀化生长

中图分类号：TG40；TN405   文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2024）08-0040-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.08.008

Microstructure Evolution of Cu/SAC305/Cu Micro-Solder Joint

Interface IMCs Under Solid State Thermal Migration

YANG Kuo LI Wuyue LI Shuang YAN Zhicheng TIAN Ye

（Henan University of Technology， Zhengzhou 450001， China）

Abstract： [Purposes] This paper studies the microstructural evolution and non-uniform growth law of intermetallic compounds in Cu/SAC305/Cu micro-solder joints under solid-state thermal migration conditions. [Methods] In this paper， the reflow soldering mechanism is used to prepare micro solder joints， and the thermal migration test is carried out by using the solid-state thermal migration platform. [Findings] As the thermal migration time increases， Cu3Sn new phase forms at the Cu/Cu6Sn5 interface on the cold side， and the total thickness of the intermetallic compounds （IMCs） at the interface increases. The morphology changes from a uniformly distributed fan-shaped structure to a layered structure. The micro-solder joint interface exhibits a non-uniform growth phenomenon where the growth rate of the IMCs on the cold side is significantly faster than that on the hot side. [Conclusions] This experiment investigates the microstructural evolution of Cu/SAC305/Cu micro-solder joints during service， providing valuable insights for reliability assessment.

Keywords： Cu/SAC305/Cu micro-solder joints; solid-state thermal migration; non-uniform growth

0 引言

芯片特征尺寸接近物理极限，制约了摩尔定律延续，导致半导体工业进入“后摩尔时代”［1］。与此同时，随着人们对电子产品性能及可靠性要求的逐渐提高，电子产品不断向微型化、高性能和多功能方向发展，致使三维IC集成微互连高密度化，互连尺寸不断减小，微焊点的尺寸甚至缩小至10 μm以下［2］。这给微焊点的可靠性和工作寿命带来了较大的挑战，其中较为显著的是在服役过程中，由温度梯度导致原子定向迁移致使微焊点微观结构转变，从而显著影响微焊点的力学性能。Cu/SAC305（Sn-3.0Ag-0.5Cu）/Cu互连结构为微电子封装的主要焊接结构之一，因此研究在固态热迁移条件下Cu/SAC305/Cu微焊接结构中IMC微观结构演变有着重要意义，可为该种微焊点的可靠性评估提供一定的参考。

近年来，Ouyang等［3］采用原位观察法研究了SAC305钎料的微焊点，发现Sn原子会在固态热迁移效应作用下定向迁移至热端，并在附近钎料中积聚，同时冷端形成大量的孔洞。……