[发明专利]一种通过预制IMC焊盘形成多晶结构焊点的方法

说明书

本发明公开了一种通过预制IMC焊盘形成多晶结构焊点的方法，属于材料制备与连接技术领域，本发明通过预制IMC焊盘形成多晶结构焊点，关键步骤在于焊球在预制的IMC焊盘进行重熔、冷却，可以改善Sn基钎料焊点中由于Sn的各向异性降低焊点可靠性和使用寿命的情况，通过EBSD技术确定为多晶结构焊点。因此，多晶结构焊点可以有效降低Sn晶粒取向不利的情况；工艺简单，成本低廉，制作出焊点尺寸可控、晶粒取向不同的多晶焊点。

技术领域

本发明涉及材料制备与连接技术领域，特别是涉及一种通过预制IMC焊盘形成多晶结构焊点的方法。

背景技术

焊点在微电子互连中起到机械连接和电信号传输的作用，目前微电子封装空间减小，元器件数量增多，元器件产热加剧；而且，焊点多承受的电流密度不断增加，在热力学和动力学因素的驱动下，焊料中形成的IMCs会生长或溶解，造成焊点的失效，从而影响电子产品的使用寿命和可靠性。目前微电子互连中使用的焊料主要为Sn基焊料(含Sn量80％以上)，Sn的晶体结构主要影响焊点的可靠性。

已有研究表明，重熔制备的Sn基无铅互连焊点往往呈现单晶或孪晶结构，而β-Sn的BCT晶体结构具有各向异性(a＝b＝0.5832，c＝0.3182，c/a＝0.546)，Cu等原子在焊点中的扩散会由于β-Sn不同的晶粒取向而呈现出强烈的各向异性，比如，在25℃，Cu沿β-Sn晶格c轴的扩散速率为2×10^-6cm²/s，是其沿a、b轴扩散速率的500倍，这种取向扩散行为将会对焊点的电迁移行为造成严重影响，具有c轴与电流方向平行的Sn基钎料单晶焊点容易产生提前失效，其界面IMCs的生长速度约为具有c轴与电流方向垂直的单晶焊点或孪晶焊点的10倍。目前，深刻理解并预测Sn枝晶的生长模式是一个热力学难题，在完成互连后，每一个焊点都具有独特的晶体取向，因此不可避免的会有一些焊点由于β-Sn晶粒的取向不利，在电子产品使用过程中提前失效，进而降低电子产品的使用寿命。可见，焊点的晶粒取向会严重影响其服役可靠性，因此，有必要寻找一个合适的手段，获得具有不同晶粒取向的多晶焊点。

发明内容

本发明的目的是在微电子互连中降低Sn各向异性对焊点可靠性和使用寿命的影响，制作出焊点尺寸可控、晶粒取向不同的多晶焊点。同时期望可以通过进行多晶焊点力学、热疲劳、电迁移等测试进行表征，提高多晶结构如何影响焊点可靠性和使用寿命的认识水平，达到评价焊点可靠性的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种通过预制IMC焊盘形成多晶结构焊点的方法，包括以下步骤：

(1)将Sn-Ag-Bi-In系焊料通过提前制作相同孔径的(孔径可控)漏网漏印在玻璃板上；

(2)将漏印后的焊料加热重熔形成Sn-Ag-Bi-In系焊球，冷却；

(3)清洗所述Sn-Ag-Bi-In系焊球；

(4)在体视显微镜下挑选与焊盘尺寸一致的Sn-Ag-Bi-In系焊球备用；

(5)将印制电路板(Printed circuit board，以下简称PCB板)用乙醇在超声清洗机中将表面洗净；

(6)在PCB板上涂覆一层助焊剂；

(7)将预制的Sn-Ag-Bi-In系焊球放在PCB板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与PCB板上的铜片结合，冷却；

(8)使用硝酸-乙醇-水溶液对步骤(7)焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有Sn，保留Cu-Sn界面处的IMCs；

(9)在(8)中完成的PCB板铜片上仅剩IMC的焊盘(以下简称IMC焊盘)表面涂覆助焊剂；