一种通过预制IMCs焊盘形成全IMCs结构焊点的方法

一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法
技术领域
1.本发明涉及材料制备与连接领域，特别是涉及一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法。


背景技术：

2.焊点在微电子互连中起到机械连接和电信号传输的作用，目前微电子封装空间减小，元器件数量增多，元器件产热加剧；并且，焊点承受的电流密度增加，在热力学和动力学因素的驱动下，焊料中形成的imcs会生长或溶解，造成焊点的失效，从而影响电子产品的使用寿命和可靠性。
3.目前微电子互连中使用的焊料主要为sn基焊料(含sn量80％以上)，且已有研究表明，熔制备的sn基无铅互连焊点往往呈现单晶或孪晶结构，而β-sn的bct晶体结构具有各向异性(a＝b＝0.5832，c＝0.3182，c/a＝0.546)，cu等原子在焊点中的扩散会由于β-sn不同的晶粒取向而呈现出强烈的各向异性，比如，在25℃，cu沿β-sn晶格c轴的扩散速率为2
×
10-6cm2/s，是其沿a、b轴扩散速率的500倍，这种取向扩散行为将会对焊点的电迁移行为造成严重影响，具有c轴与电流方向平行的sn基钎料单晶焊点容易产生提前失效，其界面imcs的生长速度约为具有c轴与电流方向垂直的单晶焊点或孪晶焊点的10倍。所以，避免焊点中β-sn各向异性的影响是一个难题。在完成互连后，每一个焊点都具有独特的晶体取向，因此不可避免的会有一些焊点由于β-sn晶粒的取向不利，在电子产品使用过程中提前失效，进而降低电子产品的使用寿命。由此可见，焊点的晶粒取向会严重影响其服役可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，以解决上述现有技术存在的问题，获得全imcs结构的焊点，避免β-sn各向异性的影响，同时保证微电子互连中实现较低温度结合、较高温度服役。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，通过以下步骤实现：
6.步骤s1：焊料漏印；
7.步骤s2：将漏印后的所述焊料加热重熔形成焊球，并进行冷却处理；
8.步骤s3：超声清洗处理所述焊球；
9.步骤s4：依据尺寸要求挑选所述焊球；
10.步骤s5：超声清洗处理印制电路板；
11.步骤s6：将所述焊球置于所述印制电路板表面的铜片上，加热重熔结合且形成凸点结构，并进行冷却处理；
12.步骤s7：腐蚀所述凸点结构，使所述印制电路板的铜片上仅剩imcs焊盘；
13.步骤s8：由所述步骤s1至所述步骤s7制成两个所述imcs焊盘；
14.步骤s9：加热重熔使两个所述imcs焊盘结合，并进行冷却处理；
15.步骤s10：对两个所述imcs焊盘的焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
16.步骤s11：获取精抛截面的eds数据，确定焊点是否为imcs组成的焊点。
17.优选的，所述焊料为sn-ag-bi-in系列无铅焊料。
18.优选的，所述步骤s2、所述步骤s6及所述步骤s9中，采用热风焊设备进行加热重熔处理，重熔的温度为220℃-280℃。
19.优选的，所述步骤s2、所述步骤s6及所述步骤s9中，冷却处理的方式为随炉冷却、空冷、水冷中的任一种。
20.优选的，所述步骤s3中，先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗所述焊球。
21.优选的，所述步骤s5中，用乙醇在超声清洗机将所述印制电路板表面洗净。
22.优选的，所述步骤s7中，使用硝酸-乙醇-水溶液对焊后的所述凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs。
23.优选的，在所述步骤s5与所述步骤s6之间，在所述印制电路板上涂覆一层助焊剂。
24.优选的，所述步骤s9中，将任一个所述imcs焊盘倒置，与另一个所述imcs焊盘平行且完全对齐放置，加热重熔使两个所述imcs焊盘结合。
25.优选的，所述步骤s8中，分别对两个制成的所述imcs焊盘表面依次涂覆助燃剂和焊料。
26.本发明公开了以下技术效果：利用本方法能够获得全imcs结构的焊点，可以避免β-sn各向异性的影响。除此以外，由于imcs的熔点高于sn基钎料，可以保证微电子互连中实现较低温度结合、较高温度服役，通过预测全imcs结构焊点可以避免sn基钎料焊点中由于sn的各向异性降低焊点可靠性的情况。本方法实现的工艺流程、成本低廉。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明漏印过程中不同孔径漏网的照片；
29.图2为本发明焊点的sem照片；
30.图3为本发明全imcs结构焊点的eds分析照片；
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.本发明提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，属于材料制备与
连接领域，适用于微电子互连中低温结合高温服役特性的焊点，应用于微电子连接的力学、热学和电学的可靠性研究。本发明的目的是在微电子互连中避免sn的各向异性对焊点可靠性和使用寿命的影响，制作出全imcs结构的焊点。同时希望可以通过全imcs焊点力学、热学、电学等测试进行表征，提高全imcs结构如何影响焊点可靠性和使用寿命的认识水平，达到评价焊点可靠性的目的。参照图1-3，为达到上述目的，本发明提供的一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，具体是通过以下步骤实现的：
34.步骤s1：焊料漏印，将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上；
35.步骤s2：通过热风焊设备将漏印后的焊料加热重熔形成焊球，并进行冷却处理；
36.步骤s3：超声清洗处理焊球，先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗焊球；
37.步骤s4：依据尺寸要求挑选焊球，在体视显微镜下挑选满足尺寸要求的焊球备用；
38.步骤s5：超声清洗处理印制电路板，将印制电路板(printed circuit board，又称pcb板)用乙醇在超声清洗机将表面洗净，在印制电路板上涂覆一层助焊剂；
39.步骤s6：将预制的sn-ag-bi-in系焊球放在印制电路板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与印制电路板上的铜片结合，并进行冷却处理；
40.步骤s7：腐蚀凸点结构，使用硝酸-乙醇-水溶液(体积比1:1:8)对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的金属间化合物(intermetallic compound,以下简称imc)；
41.步骤s8：由步骤s1至步骤s7制成两个imcs焊盘；
42.步骤s9：加热重熔使两个imcs焊盘结合，并进行冷却处理；
43.步骤s10：对两个imcs焊盘的焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
44.步骤s11：获取精抛截面的eds数据，确定焊点是否为imcs组成的焊点。
45.本发明的优点在于通过预测全imcs结构焊点可以避免sn基钎料焊点中由于sn的各向异性降低焊点可靠性的情况。工艺简单，成本低廉。
46.进一步优化方案，焊料为sn-ag-bi-in系列无铅焊料。
47.进一步优化方案，步骤s2、步骤s6及步骤s9中，采用热风焊设备进行加热重熔处理，重熔的温度为220℃-280℃。
48.进一步优化方案，步骤s2、步骤s6及步骤s9中，冷却处理的方式为随炉冷却、空冷、水冷中的任一种。
49.进一步优化方案，步骤s7中，使用硝酸-乙醇-水溶液对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs。
50.进一步优化方案，步骤s8中，分别对两个制成的imcs焊盘表面依次涂覆助燃剂和焊料，涂覆焊料之前，将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，使用扁头牙签将玻璃板上的焊料刮起涂覆在imcs焊盘上。
51.进一步优化方案，步骤s9中，将任一个imcs焊盘倒置，与另一个imcs焊盘平行且完全对齐放置，使用热风焊设备加热使两侧imcs焊盘中间的焊料重熔并保证两侧imcs焊盘与焊料结合，并进行冷却处理。
52.本方法能够获得全imcs结构的焊点，可以避免β-sn各向异性的影响。除此以外，imcs的熔点高于sn基钎料，可以保证微电子互连中较低温度结合，较高温度服役。
53.实施例1
54.参照图1-3，本实施例提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，该方法是通过以下步骤实现的：
55.步骤s1：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为700μm；
56.步骤s2：通过热风焊设备(美国pace st325，下同)将漏印后的焊料加热形成尺寸为700μm的焊球，重熔温度为245℃，重熔时间为30s，随炉冷却30s；
57.步骤s3：先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗焊球；
58.步骤s4：在体视显微镜下挑选满足尺寸要求的焊球备用；
59.步骤s5：将印制电路板用乙醇在超声清洗机将表面洗净，在印制电路板上涂覆一层助焊剂；
60.步骤s6：将预制的sn-ag-bi-in系焊球放在印制电路板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与印制电路板上的铜片结合，重熔温度为245℃，重熔时间为30s，随炉冷却30s；
61.步骤s7：使用硝酸-乙醇-水溶液(体积比1:1:8)对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs；
62.步骤s8：imc的焊盘(以下简称imc焊盘)表面涂覆助焊剂；
63.步骤s9：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为250μm；
64.步骤s10：使用扁头牙签将玻璃板上的焊料刮起涂覆在imc焊盘上；
65.步骤s11：将任一imc焊盘结构倒置与另一imcs焊盘平行且完全对齐放置；
66.步骤s12：将步骤s11中完成的结构使用热风焊设备加热使两侧imcs焊盘中间的焊料重熔并保证两侧imcs焊盘与焊料结合，冷却。重熔温度为245℃，重熔时间为30s，设备冷却30s；
67.步骤s13：对焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
68.步骤s14：获取精抛截面的eds数据，确定焊点为择优取向的imcs组成的微互连焊点。
69.实施例2
70.参照图1-3，本实施例提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，该方法是通过以下步骤实现的：
71.步骤s1：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为650μm；
72.步骤s2：通过热风焊设备(美国pace st325，下同)将漏印后的焊料加热形成尺寸为650μm的焊球，重熔温度为245℃，重熔时间为30s，随炉冷却30s；
73.步骤s3：先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗焊球；
74.步骤s4：在体视显微镜下挑选满足尺寸要求的焊球备用；
75.步骤s5：将印制电路板用乙醇在超声清洗机将表面洗净，在印制电路板上涂覆一层助焊剂；
76.步骤s6：将预制的sn-ag-bi-in系焊球放在印制电路板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与印制电路板上的铜片结合，重熔温度为245℃，重熔时间为30s，随炉冷却30s；
77.步骤s7：使用硝酸-乙醇-水溶液(体积比1:1:8)对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通
过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs；
78.步骤s8：imc的焊盘(以下简称imc焊盘)表面涂覆助焊剂；
79.步骤s9：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为200μm；
80.步骤s10：使用扁头牙签将玻璃板上的焊料刮起涂覆在imc焊盘上；
81.步骤s11：将任一imc焊盘结构倒置与另一imcs焊盘平行且完全对齐放置；
82.步骤s12：将步骤s11中完成的结构使用热风焊设备加热使两侧imcs焊盘中间的焊料重熔并保证两侧imcs焊盘与焊料结合，冷却。重熔温度为245℃，重熔时间为30s，设备冷却30s；
83.步骤s13：对焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
84.步骤s14：获取精抛截面的eds数据，确定焊点为择优取向的imcs组成的微互连焊点。
85.实施例3
86.参照图1-3，本实施例提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，该方法是通过以下步骤实现的：
87.步骤s1：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为700μm；
88.步骤s2：通过热风焊设备(美国pace st325，下同)将漏印后的焊料加热形成尺寸为700μm的焊球，重熔温度为220℃，重熔时间为40s，随炉冷却40s；
89.步骤s3：先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗焊球；
90.步骤s4：在体视显微镜下挑选满足尺寸要求的焊球备用；
91.步骤s5：将印制电路板用乙醇在超声清洗机将表面洗净，在印制电路板上涂覆一层助焊剂；
92.步骤s6：将预制的sn-ag-bi-in系焊球放在印制电路板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与印制电路板上的铜片结合，重熔温度为220℃，重熔时间为40s，随炉冷却40s；
93.步骤s7：使用硝酸-乙醇-水溶液(体积比1:1:8)对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs；
94.步骤s8：imc的焊盘(以下简称imc焊盘)表面涂覆助焊剂；
95.步骤s9：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为250μm；
96.步骤s10：使用扁头牙签将玻璃板上的焊料刮起涂覆在imc焊盘上；
97.步骤s11：将任一imc焊盘结构倒置与另一imcs焊盘平行且完全对齐放置；
98.步骤s12：将步骤s11中完成的结构使用热风焊设备加热使两侧imcs焊盘中间的焊料重熔并保证两侧imcs焊盘与焊料结合，冷却。重熔温度为220℃，重熔时间为40s，设备冷却40s；
99.步骤s13：对焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
100.步骤s14：获取精抛截面的eds数据，确定焊点为择优取向的imcs组成的微互连焊点。
101.实施例4
102.参照图1-3，本实施例提供一种通过预制imcs焊盘形成全imcs结构焊点的方法，该方法是通过以下步骤实现的：
103.步骤s1：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为700μm；
104.步骤s2：通过热风焊设备(美国pace st325，下同)将漏印后的焊料加热形成尺寸为700μm的焊球，重熔温度为280℃，重熔时间为20s，随炉冷却20s；
105.步骤s3：先后使用丙酮和乙醇在超声波清洗机中清洗焊球；
106.步骤s4：在体视显微镜下挑选满足尺寸要求的焊球备用；
107.步骤s5：将印制电路板用乙醇在超声清洗机将表面洗净，在印制电路板上涂覆一层助焊剂；
108.步骤s6：将预制的sn-ag-bi-in系焊球放在印制电路板表面的铜片上并用热风焊设备加热使焊球重熔并与印制电路板上的铜片结合，重熔温度为280℃，重熔时间为20s，随炉冷却20s；
109.步骤s7：使用硝酸-乙醇-水溶液(体积比1:1:8)对焊后的凸点结构进行腐蚀，并通过金相显微镜观察，保证腐蚀完所有sn，保留cu-sn界面处的imcs；
110.步骤s8：imc的焊盘(以下简称imc焊盘)表面涂覆助焊剂；
111.步骤s9：将sn-ag-bi-in系焊料通过漏网漏印在玻璃板上，漏网尺寸为250μm；
112.步骤s10：使用扁头牙签将玻璃板上的焊料刮起涂覆在imc焊盘上；
113.步骤s11：将任一imc焊盘结构倒置与另一imcs焊盘平行且完全对齐放置；
114.步骤s12：将步骤s11中完成的结构使用热风焊设备加热使两侧imcs焊盘中间的焊料重熔并保证两侧imcs焊盘与焊料结合，冷却。重熔温度为280℃，重熔时间为20s，设备冷却20s；
115.步骤s13：对焊点进行研磨，并对指定界面进行精抛，最终获得全imcs焊点；
116.步骤s14：获取精抛截面的eds数据，确定焊点为择优取向的imcs组成的微互连焊点。
117.实施例5
118.与上述实施例1的不同之处仅在于，选用空冷的方式冷却20s。
119.实施例6
120.与上述实施例1的不同之处仅在于，选用水冷的方式冷却20s。
121.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
122.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。