倒装芯片无铅凸点β-Sn晶粒取向与电迁移交互作用

采用原位电迁移实验研究了在150℃、1.0×10~4A/cm^2条件下倒装芯片Ni/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni-P无铅凸点中β-Sn晶粒取向对金属间化合物(IMC)的聚集析出机制、阴极Ni芯片侧(UBM)溶解行为、电迁移失效机制以及电迁移驱动下β-Sn晶粒的旋转滑移机制的影响。原位观察发现,电迁移过程中(Ni,Cu)_3Sn_4类型IMC在凸点中仅沿着β-Sn晶粒的c轴方向析出,且倾向于在θ角(β-Sn晶粒的c轴与电子流动方向之间的夹角)较小的晶粒内析出;同时,阳极附近观察到β-Sn挤出现象,即凸点出现应力松弛。建立了阴极NiUBM溶解量与β-Sn晶粒取向的关系模型:β-Sn晶粒取向决定阴极NiUBM的溶解量,即当θ角很小时,NiUBM会出现明显溶解;当θ角增大时,NiUBM的溶解受到抑制,该模型与实验值基本吻合。电迁移导致β-Sn晶粒发生旋转滑移,认为是由于不同取向的相邻β-Sn晶粒中电迁移导致的空位通量不同,从而导致阳极晶界处于空位的过饱和,阴极晶界处于空位的未饱和状态,并促使空位沿着晶界出入于自由表面,最终在垂直方向上会产生空位梯度,由沿晶界的空位梯度对应的应力梯度产生的力矩使β-Sn晶粒发生旋转滑移。