[发明专利]防止或减缓在金属膜上生长形成物

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电子封装，并且更特别地，涉及用于电子封装的金属膜及其制备方法。

背景技术

众所周知，通常称为“晶须”的生长形成物能够在用于电子封装的某些类型的金属膜上形成。例如，电子封装中的表面面层(finish)或用于不同器件的焊料连接体在封装的工作寿命期间能够自发地形成晶须，并因此引起封装的失效。关于晶须形成的发生，没有一致同意的机制。

以往减缓晶须形成的方法不能令人完全满意。在金属膜中添加铅(Pb)有助于防止或减缓晶须形成，但随即具有与含铅封装相关的不期望的健康和环境危险。金属膜的热退火可有助于降低晶须生长速率，但晶须形成最终可能仍以不可接受的高频率发生，特别是对于具有延长工作寿命的电子封装(例如，对于某些封装为2年或更长)。

概述

对防止或减缓晶须生长具有长期的需求。为解决现有技术的缺陷，本发明公开在所公开的一个实施方案中提供了电子封装。该电子封装包括衬底和镀覆于该衬底表面的金属膜。该金属膜具有多晶结构的晶粒，该晶粒具有基本上各向异性的晶体晶胞尺度(dimension)。对于至少约80％的晶粒而言，该晶体晶胞的一个尺度的取向为基本上垂直于衬底表面的方向。金属膜的金属原子沿着垂直取向的晶胞尺度具有比沿着其它取向晶胞尺度的更慢的点阵扩散系数。

所公开的另一个实施方案是制备电子封装的方法。该方法包括提供衬底并将上述金属膜镀覆于该衬底的表面。

附图简要描述

为了更完整地理解本发明，现在参考下面的说明并结合附图，其中：

图1A呈现了所公开的实施例电子封装的部分透视图；

图1B显示了图1A的实施例电子封装的一部分的详细视图；

图2呈现了多晶锡晶粒的临界晶粒尺寸与温度的变化曲线，该锡晶粒具有四方、体心四方结构及垂直取向的c轴；以及

图3呈现了图解制备电子封装例如图1所显示的电子封装的实施例实施方案的选择性步骤的流程图。

详细说明

所公开的实施方案得益于发现在某些具有多晶结构的金属膜中的晶须形成，该多晶结构能够基于金属中的蠕变机制的理论模型进行建模和预测。

虽然本发明的范围不受理论上考虑的限制，然而认为对于这种含有多晶的金属膜具有临界晶粒尺寸，低于该尺寸不发生晶须形成，或者至少显著减缓。还认为该临界晶粒尺寸受金属膜晶粒的结晶取向的强烈影响。特别地，通过使晶粒取向使得具有最快点阵扩散系数的晶胞尺度降低晶粒中的应力形成，能够增加临界尺寸。形成金属膜的实施方案，使得它们的晶粒使具有最快点阵扩散系数的晶胞尺寸基本上垂直生长表面取向，该实施方案将临界晶粒尺寸增加到可通过适当的制备方法得以避免的范围。通过采用方法形成金属膜，使得其平均晶粒尺寸小于临界晶粒尺寸，晶须生长因此得以防止或避免。

此处所用的术语晶粒(通常也称作微晶)，是指固态物质的区域(domain)，该物质具有与该物质的单晶相同的结构。

此处所用的术语晶须，是指金属膜的晶粒的生长形成，其具有至少约10微米的长轴长度。

此处所用的术语蠕变，是指材料从应力诱发的高能量位置向较低能量位置的固态移动，使得系统趋于其最低的能量状态。认为在某些条件下，晶须生长可以通过某些蠕变速率模型进行建模和预测。

此处所用的术语Nabarro-Herring(NH)蠕变速率(CR)通过下面所列的方程式(1)定义：

(1),NHCR=10ΩD1σRT(GS)2]]>

其中，Ω是摩尔体积，D₁是点阵扩散系数，σ是施加的应力，R是气体常数，T是绝对温度以及GS是晶粒尺寸。NH蠕变提供了通过点阵扩散的应力释放模型。

此处所用的术语Boettinger-Huchinson-Tu(BHT)蠕变速率通过下面所列的方程式(2)定义：