本發(fā)明為一種保證對接單晶焊點晶粒取向一致的方法，屬于材料制備與連接領(lǐng)域，適用于制備晶粒取向一致的微型釬焊對接接頭，應(yīng)用于微電子連接的力學、熱學以及電學的可靠性研究。該工藝可以有效保證焊點的尺寸和晶粒取向，進而保證釬焊對接接頭的可靠性測試數(shù)據(jù)的可比性。

背景技術(shù)：

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?shù)淖饔?。目前，微電子封裝空間減小，芯片產(chǎn)熱加劇，一方面，在焊點形成或電子產(chǎn)品使用過程中釬料與焊盤金屬化層之間反應(yīng)所生成的界面金屬間化合物(intermetalliccompounds,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(fā)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(qū)使下，重熔過程中液態(tài)釬料潤濕于固態(tài)焊盤上形成的imcs會生長或溶解，造成焊點的失效，焊點的可靠性很大程度上決定了整個電子產(chǎn)品的可靠性和壽命。因此，如何控制界面imcs的反應(yīng)行為就顯得尤為重要，這就需要首先明確焊點形成及服役過程中的界面反應(yīng)機理。

已有研究表明，重熔制備的sn基無鉛互連焊點往往呈現(xiàn)單晶或?qū)\晶結(jié)構(gòu)，而β-sn的bct晶體結(jié)構(gòu)具有各向異性(a＝0.5832，c＝0.3182，c/a＝0.546)，cu等原子在焊點中的擴散會由于β-sn不同的晶粒取向而呈現(xiàn)出強烈的各向異性，比如，在25℃，cu沿β-sn晶格c軸的擴散速率為2×10^-6cm²/s，是其沿a、b軸擴散速率的500倍，這種取向擴散行為將會對焊點的電遷移行為造成嚴重影響，具有c軸與電流方向平行的sn基釬料單晶焊點容易產(chǎn)生提前失效，其界面imcs的生長速度約為具有c軸與電流方向垂直的單晶焊點或?qū)\晶焊點的10倍。目前，深刻理解并預測sn枝晶的生長模式是一個熱力學難題，在完成互連后，每一個焊點都具有獨特的晶體取向，因此不可避免的會有一些焊點由于β-sn晶粒的取向不利，在電子產(chǎn)品使用過程中提前失效，進而降低電子產(chǎn)品的使用壽命?？梢?，焊點的晶粒取向會嚴重影響其服役可靠性，因此，尋找一個合適的手段，獲取具有相同晶粒取向的單晶焊點，進行其界面imcs重熔狀態(tài)表征及拉伸、蠕變、時效、電遷移過程中界面imcs演變行為的研究，必將極大程度上提高對焊點界面反應(yīng)行為的認識水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服微型釬焊對接接頭晶粒取向不一致導致的可靠性數(shù)據(jù)不具可比性的特點，制作出焊點尺寸可控，晶粒取向一致的釬焊對接接頭。同時期望可以通過進行晶體取向一致的對接單晶焊點的重熔狀態(tài)、拉伸、蠕變、時效和電遷移過程中界面imcs演變行為的表征，得到具備可比性的一系列可靠性數(shù)據(jù)，最終達到評價釬焊對接接頭可靠性的目的。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案。

一種保證對接單晶焊點晶粒取向一致的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)，去除焊盤表面的氧化物和有機污染物，在基板上粘附雙面膠，并將兩個焊盤置于基板上，保證兩焊盤的焊接面平行，并有一定的間距，以保證焊縫尺寸和寬度一致性，焊接面垂直基板；

(2)，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(yīng)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，以將釬料對接接頭從基板上取下，得到具有一定晶粒取向的重熔制備的釬焊對接接頭，不經(jīng)鑲嵌，直接研磨，以去除多余釬料，并對釬焊對接接頭的可作為截面的表面進行拋光；

(3)，通過正交偏振光學顯微鏡(polarizedlightmicroscopy,plm)觀察拋光了的釬焊對接接頭表面截面，區(qū)分不同晶體取向的β-sn晶粒，選取在plm下呈現(xiàn)單一晶粒取向的釬焊對接接頭；

由于β-sn具有各向異性的bct晶體結(jié)構(gòu)，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(fā)生雙折射現(xiàn)象。由于不同取向的晶粒在正交偏振光學顯微鏡(polarizedlightmicroscopy,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(qū)分不同晶體取向的β-sn晶粒，選取在plm下呈現(xiàn)單一晶粒取向的釬焊對接接頭；

(4)，對通過plm觀察所得的釬料對接單晶接頭進行線切割，得到與步驟(3)重熔制備的釬焊對接接頭具有相同晶粒取向的多個微型釬焊對接接頭，對得到的微型釬焊對接接頭進行精拋，以獲取電子背散射衍射(electronbackscattereddiffraction,ebsd)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的釬料焊膏為所sn基的二元合金、三元合金或四元合金；優(yōu)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。

所述基板能夠耐受重熔溫度和電遷移溫度并且不導電，采用印刷電路板等；

所述焊盤采用cu、cu/ni/au，cu/cu6sn5；

所述步驟(2)中的重熔，溫度范圍選擇200℃到700℃；步驟(2)中的冷卻，選擇隨爐冷卻、空冷、風冷、水冷或油冷的冷卻方式。

適用于制備晶粒取向一致的微型釬焊對接接頭，應(yīng)用于微電子連接的力學、熱學以及電學的可靠性研究。本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠控制釬焊對接接頭的尺寸，保證對接接頭晶體取向一致性；工藝簡單，成本低廉；同時獲得的對接接頭能夠滿足拉伸，蠕變，時效，電遷移測試的各種要求，并且其可靠性測試數(shù)據(jù)具有可比性。本發(fā)明的關(guān)鍵步驟在于選取在正交偏振光學顯微鏡(polarizedlightmicroscopy,plm)下呈現(xiàn)單一晶粒取向的重熔制備的釬焊對接接頭，并對其進行線切割，以制備取向一致的微型釬焊對接接頭。

本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠控制釬焊對接接頭的尺寸，保證對接接頭晶體取向一致性；工藝簡單，成本低廉；同時獲得的對接接頭能夠滿足拉伸、蠕變、時效、電遷移測試的各種要求，獲取具備可比性的焊點可靠性數(shù)據(jù)，進而獲得準確的焊點可靠性評價。

附圖說明

圖1：線切割獲得的微型釬焊對接接頭照片；

圖2：兩個微型釬焊對接接頭取向分布圖。

具體的實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

以下內(nèi)容結(jié)合圖1、2具體闡述本發(fā)明的實施方式。釬料焊膏一般保存在冰箱中，需要提前4-8h從冰箱取出放在室溫環(huán)境中以恢復焊膏的粘度，使用之前還需要進行充分攪拌。

晶粒取向一致的，截面尺寸為300μm×300μm，焊縫寬度為200μm的cu/sn3.5ag/cu對接單晶接頭的制作。

1、cu焊盤準備：用線切割方式制作銅焊盤，其尺寸為500μm×10mm×20mm；

2、將純度大于99.99wt.％，尺寸為500μm×10mm×20mm的cu片放入配制好的30％hno3水溶液中浸泡幾分鐘，去除cu焊盤表面氧化物和污染物，接著將其放入丙酮中進一步超聲清洗，清洗完畢烘干備用；

3、在10mm×10mm×1.5mm的印刷電路板(printedcircuitboards,pcb)上粘附雙面膠，并將兩個cu焊盤置于其上，間距為200μm，同時注意保證焊盤間距為200μm，并且保證cu焊盤的平行性；

4、然后采用細的紙棉簽將攪拌好的sn3.5ag釬料焊膏涂敷于兩個cu焊盤之間，采用熱風返修工作臺(美國pacest325)進行重熔實驗，重熔溫度設(shè)定為245℃，重熔時間設(shè)定為50s，空冷，得到sn3.5ag釬料對接接頭；

5、將樣品連同pcb一起置于丙酮溶液，將線性焊點由pcb取下，不經(jīng)鑲嵌，直接研磨，去除多余釬料，得到cu/sn3.5ag/cu對接接頭；

6、進行指定截面的研磨拋光，借助plm觀察重熔制備的釬焊對接接頭晶粒取向，選取在plm下呈現(xiàn)單晶焊點的對接接頭；

7、對選取的單晶焊點對接接頭進行線切割，對得到的微型釬焊對接接頭進行研磨，去除多余釬料，并對其指定截面進行精拋，最終得到線性焊點截面尺寸為300μm×300μm，焊點厚度為200μm，如圖1所示；

8、獲取精拋截面的ebsd數(shù)據(jù)，確定釬焊對接接頭是否為晶粒取向一致的單晶焊點。