由于电子产品发展越来越迅速,对电子封装的依赖性越来越高,而电迁移问题也渐渐凸现出来,电迁移失效已经成为一个十分严重的问题急需得到解决。国内外的学者都对于此问题高度关注,并且做出了大量富有成效的研究工作。86381
1961年,Huntingto等人报道,温度为850-1000℃时,Au引线通电,并且电流密度为104A/cm2的时候,阴极处的原子会在引线内电子风力推动下形成迁移现象,这是有关电迁移现象的第一篇报道文章,也正是这篇文章的发布,掀开了电迁移研究的第一扇大门。
从上个世纪60年代初,电迁移问题被发现至今经过了五十多年,该问题从未被停止过研究,经过了半个世纪研究后大致分为两方面:互连引线的电迁移问题和微电子封装中互连焊点的电迁移问题[26]。而在研究互连引线电迁移的问题时,Huntington采用的方法为以后的研究奠定了坚实的基础,他所采用的研究方法就是标记原子示踪方法来研究空位和原子迁移现象。
直到1998年,倒装芯片互连焊点的电迁移现象第一次被Brandenburg 以及Yeh[27]报道。d为125μm的Sn Pb焊点,在150℃的环境温度下,所承受的电流密度为8×103A/cm2,通电几百小时后会在阴极生成空洞,阳极产生了Pb的堆积。Ye[28]等研究者通过对Ni/Sn Pb/Cu互连结构的研究发现,Cu一侧的IMC为Cu6Sn5, Ni一侧的IMC为Ni3Sn4而且他们认为,富Pb相得生长和粗化主要和电流密度有关,和温度的关系不大。然而,随着2003年欧盟委员会颁布了WEEE和Ro HS两项指令,无铅钎料将逐渐取代含铅钎料。因此,对无铅钎料电迁移行为的研究成为微电子封装领域的新的热点。论文网
Lin等人[29]也通过研究表明,电迁移失效与温度的影响也有着不可分割的联系,并且其影响程度并不小于电流密度的影响程度。例如当温度为70℃时,电迁移失效时间长达一个月,然而当温度上升到100℃时,失效时间却降低到了95分钟,由此可见温度对于电迁移失效时间起着很大的影响。同时,在该实验中,对于热迁移的影响已经被排除。由于芯片绝大多数成分为Si,而Si又是良性导体,因此在新片中温度分布是比较均匀的,这也与实验所得出的温度方面的结果是相同的。
同时,Liu等人[30]科学家通过研究表明,Cu的溶解量也会受到电迁移的影响,这个影响是正面的,也就是电迁移会促进Cu的溶解。当温度小于129℃的临界温度时,Sn中电迁移会引起铜通量,铜通量的大小则是影响Cu溶解的主要因素;而当温度大于129℃时候,Cu的溶解量则受阴极端的金属件化合物溶解控制,并且在化学势的作用下,阴极端Cu-Sn化合物的溶解与铜通量达到一个平衡值,使得阴极端金属间化合物的厚度不发生变化。
Chen等人[31]也通过研究,在温度为150℃的条件下,加载一个电流密度为5。0×103A/cm2和1。0×104/cm2的电源,来观察Cu/Sn的界面反应在电迁移作用下的影响。通过研究表明,在时效和电迁移的条件下,Cu与Sn界面都生成了两种金属间化合物,这两种金属间化合物一种是Cu3Sn,而另外一种则是Cu6Sn5,而随着电流密度的增加,阳极端的金属间化合物增长会得到促进,并且该增长规律符合抛物线规律。并且由于电迁移的作用,界面会产生极性效应,及阴极端的金属间化合物层厚度要远远小于阳极端的金属间化合物层厚度。
中国对无铅焊点电迁移技术的研究还不够深,尤其是可靠性方面,就目前来说,还是比不上国外那些先进技术,因此在科研成果上面远不及欧美等国家的研究成果。但是,在倒芯片中电迁移的问题越来越突出,以后将会会有更多研究电迁移问题的学者。