[发明专利]一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法，属于电子封装技术领域。本发明的金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点通过纳米复合电镀方式结合光刻技术制得，并通过倒装互连的方式进行对准互连。焊点回流过程中，金属纳米颗粒与锡原位反应生成的超细尺寸金属间化合物纳米颗粒，可以有效抑制焊点内部的原子迁移及界面金属间化合物的过度生长，阻碍高密度电流作用下焊料凸点内部的相分离，有效地提高该焊点的互连可靠性。

技术领域

本发明涉及一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法，属于电子封装技术领域。

背景技术

SnPb共晶焊料是宇航电子器件面阵列互连凸点的常用材料。相较于目前广泛使用的高Sn无铅焊料，SnPb共晶焊料熔点明显降低，含锡量也明显减少，减小了界面IMC厚度及占比，并可减小封装互连结构中的热应力，有效改善结构应力失配问题，有助于解决小尺寸面阵列焊料凸点互连危机、突破高密度和高集成器件面阵列焊料凸点封装技术瓶颈问题。随着航天电子产品不断趋向小型化、高性能化、多功能化以及集成化发展，传统的二维平面封装形式已经不能满足高性能航天电子产品封装要求，先进的2.5D和3D异质集成封装形式将成为实现高端航天电子产品的主要途径。这将使得焊料凸点使用环境更加苛刻，电、热、力等物理场作用下带来相分离，孔洞，界面IMC过度生长等诸多问题更加突出，所以亟需对SnPb共晶焊料进行改性提高其互连可靠性。利用纳米异质相对锡铅焊料进行改性调控，拥有能够有效控制界面润湿、IMC相变生长动力学、提升焊料抗电迁移特性等诸多显著技术优点。因此，开发纳米颗粒增强的锡铅共晶焊料凸点对于2.5D/3D封装技术在宇航电子器件中的应用有着十分重要的意义和现实需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法，本发明以复合电镀的方式制备金属纳米颗粒添加的63Sn37Pb共晶焊料凸点，在回流过程中金属纳米颗粒与锡进行原位反应生成金属间化合物纳米颗粒，起到抑制界面IMC生长，增强63Sn37Pb焊料接头的作用。焊料凸点直径为10-20μm，厚度为8-12μm；纳米颗粒为Ag、Cu、Ni等金属纳米颗粒，优选为Ag纳米颗粒，纳米颗粒直径为5-20nm，优选为5-10nm；添加量为0.1-1wt.％，优选为0.2-0.5wt.％；

一种金属纳米颗粒原位反应增强的63Sn37Pb焊料凸点及其制备方法，焊料凸点互连接头制备步骤包括：

(1)配制锡铅镀液，镀液采用氟硼酸盐体系，采用PbO,SnO与氢氟酸反应生成Pb、Sn主盐，加入氟硼酸，硼酸进行络合，最后加入光亮剂及稳定剂等进行调节，得到锡铅共晶镀液；

(2)配制纳米颗粒复合镀液：在步骤(1)制备的锡铅镀液中加入纳米颗粒，并使用超声波震荡机进行粉碎分散；

(3)光刻：将硅片表面涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影得到光刻完成后的图案；

(4)复合电镀：将(3)中得到的硅片放入(2)中得到的复合电镀液中进行电镀，得到具有相应焊料凸点的硅片；

(5)互连：从(4)中得到的硅片中取两块相对应的硅片对准，进行回流焊接，得到互连接头。

在步骤(1)中，配制过程中，首先将硼酸溶于一定量的热水中，然后再加入氢氟酸；

在步骤(1)中，配制过程中，PbO，SnO应分别调为糊状缓慢加入到配置好的酸性溶液中，最后加入光亮剂和稳定剂；