電鍍共晶SnBi錫膏凸點(diǎn)的性質(zhì)
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電鍍共晶SnBi錫膏凸點(diǎn)的性質(zhì)
電子封裝行業(yè)的趨勢(shì)要求更輕、更小、更靈活的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)芯片的微型化，焊盤間距變得越來越小。此外為了充分利用芯片空間，越來越多廠家采用倒裝封裝工藝，這種工藝能夠產(chǎn)生更多的I/O接口數(shù)量，更好的電氣性能和更小的封裝體積。研究者發(fā)現(xiàn)使用電鍍錫膏制作凸點(diǎn)可以滿足倒裝封裝的要求。電鍍錫膏工藝能夠解決成本問題，規(guī)模生產(chǎn)問題和滿足細(xì)間距要求。共晶錫鉍錫膏是適用于制作微凸點(diǎn)的焊料，熔點(diǎn)低且機(jī)械性能良好。
倒裝芯片需要在凸點(diǎn)下制作金屬層。然后在焊盤上沉積錫膏并回流成為焊點(diǎn)。采用商業(yè)電鍍直流脈沖電鍍裝置能夠?qū)⒐簿n-Bi錫膏電鍍到焊盤上。 Roh et al. (2014) 進(jìn)行電鍍共晶SnBi錫膏實(shí)驗(yàn)并測(cè)試焊點(diǎn)可靠性。恒定的電位和電流密度是穩(wěn)定電鍍的關(guān)鍵。以30 mA/cm2電鍍15分鐘可制成柱狀 Sn-Bi 凸點(diǎn)，平均凸塊直徑和高度為分別為22 ± 0.4和18 ± 06 lm (Roh et al., 2014)。
圖1. 電鍍SnBi錫膏凸點(diǎn)流程示意圖 (Roh et al., 2014)。
圖2. 170℃回流20分鐘后的焊點(diǎn)橫截面圖 (Roh et al., 2014)。
在170℃回流20分鐘后, 錫膏潤(rùn)濕焊盤并形成半球形焊點(diǎn)。圖2白色部分是富鉍相而灰色的是富錫相。同時(shí)可以觀察到焊點(diǎn)出現(xiàn)金屬間化合物Cu6Sn5生長(zhǎng)。Cu6Sn5的生長(zhǎng)是和回流時(shí)間有關(guān)系的。回流時(shí)間越長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致更多的Cu6Sn5。其他IMCs例如Cu3Sn并不會(huì)在回流中生成。通常來說Cu3Sn在老化測(cè)試中會(huì)逐漸出現(xiàn)，并隨著老化時(shí)間增加而增加。
圖3. 回流時(shí)間和剪切強(qiáng)度的關(guān)系 (Roh et al., 2014)。
由圖3可以看到，隨著回流時(shí)間增加，電鍍共晶SnBi凸點(diǎn)剪切強(qiáng)度增加。但是不能過長(zhǎng)的回流，否則由于IMC的過度生長(zhǎng)，焊點(diǎn)會(huì)變得脆性并導(dǎo)致斷裂。脆性斷裂還發(fā)生在熱老化中。隨著老化時(shí)間增加，脆性IMC自發(fā)生長(zhǎng)并最終導(dǎo)致脆性斷裂。目前很多實(shí)驗(yàn)結(jié)論表面，摻雜納米金屬顆粒能夠改善脆性斷裂問題。共晶SnBi凸點(diǎn)的硬度較低，可根據(jù)實(shí)際需要應(yīng)用在特定元器件上。
深圳市福英達(dá)是致力于生產(chǎn)高可靠性錫膏的廠家，產(chǎn)品涵蓋各種合金組合，例如錫鉍和錫銀銅等，歡迎進(jìn)一步了解。
參考文獻(xiàn)
Roh, M.H., Jung, J.P., & Kim, W.J. (2014), “Microstructure, shear strength, and nanoindentation property of electroplated Sn–Bi micro-bumps”, Microelectronics Reliability, 54, pp. 265-271.
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