[发明专利]一种耐电子迁移焊料、焊点、封装结构及制备方法、应用

说明书

本申请实施例提供一种耐电子迁移焊料、焊点、封装结构及制备方法、应用，涉及无铅焊料领域。耐电子迁移焊料包括锡基无铅焊料和掺杂物，掺杂物包含至少选自掺杂元素Al、Cr、Ge、Si和它们的氧化物、它们的氮化物组成的组中的至少一种，掺杂物的掺杂量至少为0.02wt％，且小于2wt％。耐电子迁移焊点采用上述的耐电子迁移焊料制成，其至少有10％的低角度晶界。本申请实施例在锡基无铅焊料里掺杂一些特定的合金元素以增强其抗电子迁移能力，并通过改进焊点微观结构实现理想的晶界配置，适用于各种焊料封装，包括倒装式粘结焊点互连。

技术领域

本申请涉及无铅焊料领域，具体而言，涉及一种耐电子迁移焊料、焊点、封装结构及制备方法、应用。

背景技术

现代电子设备需要为包括计算机中央处理器(CPU)在内的器件进行封装和组装，目前封装的趋势是不断小型化，而缩小尺寸使得电子芯片和器件的电流密度增加到更高水平，从10⁵A/cm²到10⁶A/cm²。当器件电流密度增加时，通过电流产生的电阻性发热也会增加，从而影响器件和互连/封装结构，焊点发生电子迁移现象更加明显，最终由电子迁移和热迁移引起焊点失效。

焊点的电子迁移现象表示电流流经导体(如焊点的互连线)时原子的运动，当电流引起原子向焊点阳极一侧迁移时，焊点阴极一侧会出现晶格空隙，晶格空隙不断累积形成空洞，这种空洞缺陷不断增长最终会导致焊点失效。尤其是无铅焊料更容易发生电子迁移，因为它们通常比传统的共晶Pb-Sn焊料具有更高的熔点。

为了增强焊点的抗电子迁移能力，人们对包括无铅焊料在内的焊料进行了各种各样的改进探索，但是仍旧没有发现能够非常有效减轻电子迁移问题的方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种耐电子迁移焊料、焊点、封装结构及制备方法、应用，在锡基无铅焊料里掺杂一些特定的合金元素以增强其抗电子迁移能力，并通过改进焊点微观结构实现理想的晶界配置，适用于各种焊料封装，包括倒装式粘结焊点互连。

第一方面，本申请实施例提供了一种耐电子迁移焊料，包括锡基无铅焊料和掺杂物，掺杂物包含至少选自掺杂元素Al、Cr、Ge、Si和它们的氧化物、它们的氮化物组成的组中的至少一种，掺杂物的掺杂量至少为0.02wt％，且小于2wt％。

在上述技术方案中，在锡基无铅焊料里掺杂一种或多种掺杂元素组成的掺杂物，掺杂物具体为Al、Cr、Ge、Si这些单纯的掺杂元素或对应的氧化物、氮化物或它们的组合物，耐电子迁移焊料熔化后，其中的掺杂物被优先分离到表面或晶界面，以减缓原子界面扩散的动力，从而减慢电子迁移的动力，增强抗电子迁移能力。本申请中掺杂物的掺杂量至少为0.02wt％，且小于2wt％，显著增强抗电子迁移能力。

在一种可能的实现方式中，锡基无铅焊料的合金选自Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Sb、Sn-In、Bi-Sn、Sn-Ag-Cu和Sn-Ag-In中的一种；

和/或，锡基无铅焊料的合金包括0.5-5wt％Ag，和/或0.2-2wt％Cu，和/或0.5-5wt％Sb，和/或0.5-5wt％In，和至少30％wt％Sn；

可选地，锡基无铅焊料的合金包括至少30％wt％Sn的Bi-Sn或Sn-In。

在上述技术方案中，上述锡基无铅焊料的合金组成覆盖几乎所有常规焊料，该锡基无铅焊料与掺杂物形成的焊料熔点适当，还能够增强抗电子迁移能力。

第二方面，本申请实施例提供了一种耐电子迁移焊点，其采用第一方面提供的耐电子迁移焊料制成，其至少有10％的低角度晶界。