[发明专利]一种可实现CSP器件高强度互连的Sn基钎料

说明书

本发明公开了一种可实现CSP器件高强度互连的Sn基钎料，其成分包括Al纳米线、Cu亚微米颗粒、Bi和Sn。本发明添加Al纳米线，可形成类似网状的结构分布在焊点内部组织中，可将富Bi和富Sn晶粒紧紧缠绕在一起，Cu亚微米颗粒会与基体Sn反应形成Cu₆Sn₅金属间化合物颗粒，部分颗粒会聚集在富Bi和富Sn晶粒晶界处，具有钉扎Al纳米线的作用，进而可实现Al纳米线和Cu₆Sn₅金属间化合物颗粒耦合强化焊点；另外在焊点界面区域，部分Al纳米线和Cu₆Sn₅金属间化合物颗粒会富集在界面层区域、阻止界面金属间化合物的快速生长，因此焊点在服役期间仍然保持较高的强度和使用寿命，可满足CSP器件的高可靠性需求。

技术领域

本发明涉及一种Sn基钎料，具体是一种可实现CSP器件高强度互连的Sn基钎料，属于芯片级封装技术领域。

背景技术

CSP(Chip Scale Package)即芯片级封装，是最新一代的内存芯片封装技术，CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA(Ball Grid Array Package球栅阵列封装)的1/3，仅仅相当于TSOP(Thin Small Outline Package薄型小尺寸封装)内存芯片面积的1/6，与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。封装体积小是CSP产品的主要特点。由于封装结构的变化，相对QFP(Quad Flat Package方型扁平式封装)器件和BGA器件，CSP器件的焊点数量明显增加，以40mm×40mm封装为例，CSP器件的焊点可以达到1000个。但CSP器件在服役期间，由于服役环境的变化，焊点阵列(特别是拐角焊点)极易成为应力集中区，进而萌生裂纹、出现早期失效，从而导致整个CSP器件甚至整个电子设备的失效。因此利用高性能的钎料实现CSP器件的高可靠性是满足CSP器件高性能要求的前提。

在早期的CSP器件互连中，主要采用传统有毒的Sn-37Pb钎料，但是由于Pb的毒性，欧盟、美国、日本等国家的企业纷纷禁止Pb的使用，随后取而代之的是Sn-Ag-Cu钎料的大规模应用。在业界应用较为广泛的Sn-Ag-Cu成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-3.8Ag-0.7Cu和Sn-3.9Ag-0.7Cu。由于Sn-Ag-Cu钎料所含的Ag较高，在焊点内部容易形成粗大的Ag₃Sn金属间化合物，焊点界面区域出现明显的Cu₆Sn₅和Cu₃Sn两层金属间化合物，这三种金属间化合物均为脆性相，因此在服役期间，环境温度急剧变化的情况下，金属间化合物附近容易成为应力集中区、萌生裂纹，进而导致焊点的失效。