一种微电子用制造技术

本发明专利技术公开一种微电子用

【技术实现步骤摘要】
一种微电子用Sn58Bi钎料合金微互连焊点的时效强化工艺


[0001]本专利技术涉及微互连焊点时效强化
，具体涉及一种微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺
。

技术介绍

[0002]随着高性能计算
、
深度学习和
5G
通信等领域的出现，使得封装技术不断向高密度集成发展，芯片间的异质异构封装集成扮演着重要作用
。
微互连焊点是实现芯片间的高密度互连主体，其可靠性是维持电子产品优异性能的重要保障
。
其中，强度是影响可靠性的途径之一，决定着材料在实际中的应用前景
。
[0003]微互连焊点的强度受服役环境影响
。
时效是微焊点服役环境中常伴随的过程，是用来描述材料在一定温度下经过保温等处理后，有关结构和性能随时间变化的过程，可通过控制时效温度和时效时间影响微互连焊点中的原子迁移
、
晶体重排和固溶相变等微观机制，进而调控材料的微观组织，改善钎料合金的性能
、
提高钎料合金及其微互连焊点的剪切强度
。
因此，时效处理的工艺参数在研究微互连焊点剪切强度提升上是十分重要的
。
[0004]Sn58Bi
焊料具有低熔点
(138℃)、
良好的润湿性和较低的价格等方面的优势，是微电子领域中被广泛应用的焊接材料
。
然而，对应于电子产品中
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点真实的老化趋势，传统工艺方法在时效处理后微互连焊点的强度是随着时效处理时间的增加而逐渐下降
。
此外，一些高强度
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点采用双时效工艺，在高温和低温两个区间进行时效处理，高温区时效可获得高弥散析出相的形核点，在此基础上，低温区时效获得高弥散分布的析出相，两个温区结合起来可获得更高的合金剪切强度，但该工艺方法较为复杂，如温度
、
时效时间等对于剪切强度的影响是复杂而多变的，会受到合金组成
、
热处理过程和具体应用要求等因素的影响，且不利于工业应用
。
因此，亟待提出一种工艺方法简易且经济高效的
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点时效强化工艺，以提高
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的剪切强度，且具备良好的工业应用前景
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出一种微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，以提高
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的剪切强度，工艺方法简易且经济高效，同时具备良好的工业应用前景
。
[0006]本专利技术提供了一种微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1
：制备
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点；将
Sn58Bi
钎料合金通过钎焊技术与上下铜基底连接，制备成互连高度为
500
μ
m
的微互连焊点试样；
[0008]S2
：时效处理；将步骤
S1
中制备成功的微互连焊点试样放入到时效炉中并加热到
120℃
，并进行时效温度
120℃
保温；时效时间为
300h
‑
480h
；
[0009]S3
：冷却；将步骤
S2
中经过时效处理的微互连焊点试样从时效炉中取出，置于空气
中自然冷却至室温
25℃
；
[0010]S4
：获得经时效强化的微互连焊点试样，其剪切强度不低于
55.0MPa。
[0011]优选地，步骤
S2
中，所述微互连焊点试样经时效处理后生成了亚晶界取向差为
1.12
°
的
Bi
亚晶结构，
Bi
亚晶结构的亚晶壁阻碍了位错的移动
。
[0012]优选地，步骤
S3
中，经过步骤
S2
时效处理的微互连焊点试样自然冷却至室温
25℃
后，
Bi
在
Sn
相中呈超饱和固溶状态
。
[0013]优选地，所述
Bi
在
Sn
相中呈的超饱和固溶状态会驱动固溶于
Sn
相中的
Bi
元素析出，形成杆状富
Bi
析出相
。
[0014]优选地，所述
Bi
在
Sn
相中呈的超饱和固溶状态会驱动固溶于
Sn
相中的
Bi
元素析出，形成球状富
Bi
析出相
。
[0015]优选地，步骤
S3
中，经过步骤
S2
时效处理的微互连焊点试样自然冷却至室温
25℃
后，
IMC
层中一次回流的厚度为
2.8
μ
m
‑
3.5
μ
m
，二次回流的厚度为
3.4
μ
m
‑
4.0
μ
m。
[0016]优选地，步骤
S3
中，经过步骤
S2
时效处理的微互连焊点试样自然冷却至室温
25℃
后，富
Bi
相的平均宽度相尺寸为
2.5
μ
m
‑
4.7
μ
m。
[0017]优选地，步骤
S3
中，经过步骤
S2
时效处理的微互连焊点试样自然冷却至室温
25℃
后，富
Sn
相的平均宽度相尺寸为
2.7
μ
m
‑
3.6
μ
m。
[0018]优选地，所述杆状富
Bi
析出相的平均宽度相尺寸为
0.2
μ
m
‑
0.7
μ
m。
[0019]优选地，所述球状富
Bi
析出相的平均直径相尺寸为
0.5
μ
m
‑
2.3
μ
m。
[0020]本专利技术具有如下的有益效果：
[0021]1、
该技术方案通过对
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点进行时效强化处理，提高了
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的剪切强度；同时工艺方法简易且经济高效，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：制备
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点；将
Sn58Bi
钎料合金通过钎焊技术与上下铜基底连接，制备成互连高度为
500
μ
m
的微互连焊点试样；
S2
：时效处理；将步骤
S1
中制备成功的微互连焊点试样放入到时效炉中并加热到
120℃
，并进行时效温度
120℃
保温；时效时间为
300h
‑
480h
；
S3
：冷却；将步骤
S2
中经过时效处理的微互连焊点试样从时效炉中取出，置于空气中自然冷却至室温
25℃
；
S4
：获得经时效强化的微互连焊点试样，其剪切强度不低于
55.0MPa。2.
根据权利要求1所述的微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于：步骤
S2
中，所述微互连焊点试样经时效处理后生成了亚晶界取向差为
1.12
°
的
Bi
亚晶结构，
Bi
亚晶结构的亚晶壁阻碍了位错的移动
。3.
根据权利要求1所述的微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于：步骤
S3
中，经过步骤
S2
时效处理的微互连焊点试样自然冷却至室温
25℃
后，
Bi
在
Sn
相中呈超饱和固溶状态
。4.
根据权利要求3所述的微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于：所述
Bi
在
Sn
相中呈的超饱和固溶状态会驱动固溶于
Sn
相中的
Bi
元素析出，形成杆状富
Bi
析出相
。5.
根据权利要求3所述的微电子用
Sn58Bi
钎料合金微互连焊点的时效强化工艺，其特征在于：所述
Bi
在
Sn
相中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李望云，莫兰清，何思亮，位松，秦红波，黄家强，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：