[發明專利]微型釬焊接頭電遷移測試結構及制備方法

在審

• 申請號: 201710313850.0
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN106990270A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 漢晶;郭福;劉建萍;王雁;馬立民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R1/04
• 分類號: G01R1/04;G01R31/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術領域

本發明為一種新型微型釬焊接頭電遷移測試裝置及搭建方法，屬于材料制備與連接領域，適用于釬焊接頭電遷移可靠性測試研究。

背景技術

焊點是微電子互連中不可或缺的組成部分，起到了機械連接和電信號傳輸的作用。目前，微電子封裝空間減小，芯片產熱加劇，一方面，在焊點形成或電子產品使用過程中釬料與焊盤金屬化層之間反應所生成的界面金屬間化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)層占整個焊點的比重不斷增加，其形貌、尺寸、晶體取向以及厚度等對焊點可靠性的影響也愈發嚴重，另一方面，焊點所承受的電流密度不斷增加，在熱力學與動力學因素的驅使下，重熔過程中液態釬料潤濕于固態焊盤上形成的IMCs會生長或溶解，造成焊點的失效，焊點的電遷移可靠性很大程度上決定了整個電子產品的可靠性和壽命。因此，如何控制界面IMCs的反應行為就顯得尤為重要，這就需要首先進行焊點的電遷移可靠性測試。

對于倒裝芯片結構來說，在到達失效時間時，電阻會突然升高。而現有的電遷移測試樣品的通電面積與實際倒裝芯片焊球的通電面積相當，因此也可以在電阻記錄過程中看到類似的現象。在電阻記錄過程中，將釬料電阻驟升的地方設定為釬料的失效時間。目前相關研究和文獻所使用接頭通常都是根據研究者自身所關注領域的需要而自行設計，并沒有相應的行業標準。在焊點的電遷移可靠性測試中，研究者們為了獲得更高的電流密度并排除電流擁擠效應，往往采用微小尺寸的釬焊接頭。然而由于接頭尺寸微小，很難保證焊點在測試過程中不受到外力作用造成損傷甚至斷裂，對焊點可靠性測試帶來危害。而假如增大電遷移測試樣品尺寸，其與實際焊點通電面積的差異會造成電遷移可靠性數據的不可對比性。在以往的電遷移可靠性測試，為了保證焊點通電面積和結構強度同時滿足電遷移可靠性測試要求，有研究者采用了一種U型槽結構，然而這種結構制作復雜，成本高昂，可移植性差，焊點結構也較對接或搭接接頭復雜得多。

針對以上問題，本發明基于現有的用于電遷移可靠性測試的微型焊點制作方法中存在的問題，設計了工藝簡單，成本低廉的微型釬焊接頭電遷移測試結構。

發明內容

本發明的目的是制作出工藝簡單，成本低廉，接頭強度和通電面積均滿足電遷移可靠性測試的釬焊接頭結構。

為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案。

一種微型釬焊接頭電遷移測試結構，其特征在于，兩個焊盤之間采用釬料焊膏重熔焊接成釬料接頭，釬料對接接頭采用環氧樹脂粘附于基板上，釬料接頭至少有一個側面表面作為釬料對接接頭截面，此作為截面的側面表面是經過研磨拋光的。

優選兩個焊盤的焊接面為平面，兩焊接面平行，焊接面垂直基板；進一步優選兩個焊盤為柱型結構，焊接面為端面。

所述基板能夠耐受重熔溫度和電遷移溫度并且不導電，進一步優選基板為印刷電路板。其中接頭形式為對接或搭接。

所述釬料為Sn基的二元合金、三元合金或四元合金；優選是二元合金SnCu系列、SnAg系列、SnZn系列、SnBi系列或SnIn系列，三元合金SnAgCu系列、SnAgBi系列或SnAgIn系列，四元SnAgBiIn系列無鉛釬料；

上述一種微型釬焊接頭電遷移測試結構的搭接方法，其特征在于，包括以下步驟：

首先在基板上粘附雙面膠，并將兩個焊盤置于基板上，注意保證焊盤焊接面的間距和平行性，以保證焊縫寬度和一致性；然后將選用的釬料焊膏涂敷于兩個焊盤的焊接面之間，進行重熔，然后冷卻，得到相應的釬料對接接頭；將釬料對接接頭連同基板一起置于丙酮溶液中，將釬料對接接頭從基板取下，不經鑲嵌，直接研磨釬料對接接頭表面，去除多余釬料；最后借助環氧樹脂將得到的釬料對接接頭粘附于基板上，并進行指定一個側面的表面作為截面進行研磨拋光，最終得到可用于進行電遷移測試的釬焊接頭。

重熔的溫度范圍優選200℃到700℃；冷卻的方式選擇隨爐冷卻、空冷、風冷、水冷或油冷的冷卻方式。

采用環氧樹脂是由于其滿足一般釬料焊點電遷移可靠性測試溫度要求，同時又可以保證釬料焊點的結構強度。

由于β-Sn具有各向異性的BCT晶體結構，光束入射到拋光的β-Sn晶體表面時，會分解為兩束光而沿不同方向折射而發生雙折射現象。由于不同取向的晶粒在正交偏振光學顯微鏡(Polarized light microscopy,PLM)下對比度顯著不同，因此通過PLM觀察拋光了的釬焊對接接頭截面，可以區分不同晶體取向的β-Sn晶粒，可選取在PLM下呈現單一晶粒取向的釬焊對接接頭。