RevearchPaner试验研究接
微量Ni对Sn/Cu界面组织形貌及
柯氏孔洞形成的影响
苏州工业职业技术学院机电工程系（215104）上海交通大学材料科学与工程学院（200240）
杨扬温贻芳余春
摘要通过对反应界面微观组织形貌的表征分析，系统研究了热老化条件下微量Ni元索对SnxNi/Cu（x的质量分数为00.05%，0.10%）的界面组织形貌演变及柯肯达尔孔洞形成的影响。结果表明，相对于Sn/Cu界面，添加的Ni元素大幅加速了SnxNi/Cu界面（Cu，Ni)。Sn，层的生长，但显著阻缓了（Cu，Ni),Sn层的形成，有效抑制了柯肯达尔孔洞的形成。（Cu，Ni)。Sn，层由多层细小晶粒组成，这种多晶界结构有利于界面组分元素的互扩散，可缓解Cu和Sn的不平衡扩散：薄的(Cu，Ni),Sn层限制了孔洞的形成空间，从而进一步抑制孔洞的形成。
合金元素金属间化合物
关键词：界面柯肯达尔孔洞中图分类号：TG425*.1
0序言
倒装焊芯片互连技术（Flip-Chip)已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的一种封装技术。随着电子产品的微型化和多功能化，芯片内部焊点的尺寸也越来越小，而焊点反应界面所占的比例却越来越大。故此，界面处形成的柯肯达尔孔洞对焊点可靠性的危害愈来愈不容忽视[1-2]。
在对焊点的热老化测试中,Sn基钎料与Cu焊盘的反应界面处会形成Cu.Sn，和Cu,Sn金属间化合物层柯肯达尔孔润常伴随Cu,Sn层的形成而出现。国内外科研工作者常采用添加合金元素的方法来抑制焊点反应界面处柯肯达尔孔洞的形成，常见合金元素有Cu[3] Ag,Ni,Zn(4] ,Fe[5]等。
研究者们常将Ni元素加人二元或多元系Sn基钎料内（如Sn-Ag和Sn-Ag-Cu），以研究其对焊点反应界面处金属间化合物层和柯肯达尔孔洞的影响[6-7]。然而，钎料内的Ag和Cu元素本身对柯肯达尔孔洞的形成就有一定影响，这将会对研究Ni元素的作用造成一定干扰。故文中将微量Ni元素加人纯Sn钎料中，专门研究其对界面组织形貌和柯肯达尔孔洞的影响，以期获得Ni元素的作用机制，从而在一定程度上对工业生产进行指导。
收稿日期：20160328
基金项目：国家自然科学基金项目(51105251)；江苏省自然科学基金项
目(BK20161228)。
万方数据
1试验材料与方法 1.1
试验材料
试验所采用材料及其纯度见表1。SnxNi（x的质量分数为0.05%，0.1%）钎料由锡粒和镍丝熔炼而成。基板由铜箔（厚度0.1mm）及沉积在其表面的电镀铜层（厚度10μum）构成。
表1试验材料
材料锅粒镍丝铜箔
1.2试验方法
纯度（%） ≥99.9 >99.5 ≥ 99.9
将Sn或SnxNi钎料颗粒置于基板（10mm×10 mm)中心，并在表面涂覆助焊剂，然后放入回流炉中进行焊接，获得SnxNi/Cu接头。预热阶段温度为200 ℃，最高回流温度为260℃，然后在180℃下对焊态试样进行热老化处理，具体方案见表2。
表2试验方案
接头 Sn/Cu Sn0.05Ni/Cu Sn0.1Ni/Cu
热老化处理时间/h
0,24.72,168 0,24,168 0,24,168
2016年第11期
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