一种微型钎焊接头电迁移测试结构的制作方法

本实用新型为一种新型微型钎焊接头电迁移测试装置及搭建方法，属于材料制备与连接领域，适用于钎焊接头电迁移可靠性测试研究。

背景技术：

焊点是微电子互连中不可或缺的组成部分，起到了机械连接和电信号传输的作用。目前，微电子封装空间减小，芯片产热加剧，一方面，在焊点形成或电子产品使用过程中钎料与焊盘金属化层之间反应所生成的界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)层占整个焊点的比重不断增加，其形貌、尺寸、晶体取向以及厚度等对焊点可靠性的影响也愈发严重，另一方面，焊点所承受的电流密度不断增加，在热力学与动力学因素的驱使下，重熔过程中液态钎料润湿于固态焊盘上形成的IMCs会生长或溶解，造成焊点的失效，焊点的电迁移可靠性很大程度上决定了整个电子产品的可靠性和寿命。因此，如何控制界面IMCs的反应行为就显得尤为重要，这就需要首先进行焊点的电迁移可靠性测试。

对于倒装芯片结构来说，在到达失效时间时，电阻会突然升高。而现有的电迁移测试样品的通电面积与实际倒装芯片焊球的通电面积相当，因此也可以在电阻记录过程中看到类似的现象。在电阻记录过程中，将钎料电阻骤升的地方设定为钎料的失效时间。目前相关研究和文献所使用接头通常都是根据研究者自身所关注领域的需要而自行设计，并没有相应的行业标准。在焊点的电迁移可靠性测试中，研究者们为了获得更高的电流密度并排除电流拥挤效应，往往采用微小尺寸的钎焊接头。然而由于接头尺寸微小，很难保证焊点在测试过程中不受到外力作用造成损伤甚至断裂，对焊点可靠性测试带来危害。而假如增大电迁移测试样品尺寸，其与实际焊点通电面积的差异会造成电迁移可靠性数据的不可对比性。在以往的电迁移可靠性测试，为了保证焊点通电面积和结构强度同时满足电迁移可靠性测试要求，有研究者采用了一种U型槽结构，然而这种结构制作复杂，成本高昂，可移植性差，焊点结构也较对接或搭接接头复杂得多。

针对以上问题，本实用新型基于现有的用于电迁移可靠性测试的微型焊点制作方法中存在的问题，设计了工艺简单，成本低廉的微型钎焊接头电迁移测试结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的是制作出工艺简单，成本低廉，接头强度和通电面积均满足电迁移可靠性测试的钎焊接头结构。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案。

一种微型钎焊接头电迁移测试结构，其特征在于，两个焊盘之间采用钎料焊膏重熔焊接成钎料接头，钎料对接接头采用环氧树脂粘附于基板上，钎料接头至少有一个侧面表面作为钎料对接接头截面，此作为截面的侧面表面是经过研磨抛光的。

优选两个焊盘的焊接面为平面，两焊接面平行，焊接面垂直基板；进一步优选两个焊盘为柱型结构，焊接面为端面。

所述基板能够耐受重熔温度和电迁移温度并且不导电，进一步优选基板为印刷电路板。其中接头形式为对接或搭接。

所述钎料为Sn基的二元合金、三元合金或四元合金；优选是二元合金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系列无铅钎料；

上述一种微型钎焊接头电迁移测试结构的搭接方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先在基板上粘附双面胶，并将两个焊盘置于基板上，注意保证焊盘焊接面的间距和平行性，以保证焊缝宽度和一致性；然后将选用的钎料焊膏涂敷于两个焊盘的焊接面之间，进行重熔，然后冷却，得到相应的钎料对接接头；将钎料对接接头连同基板一起置于丙酮溶液中，将钎料对接接头从基板取下，不经镶嵌，直接研磨钎料对接接头表面，去除多余钎料；最后借助环氧树脂将得到的钎料对接接头粘附于基板上，并进行指定一个侧面的表面作为截面进行研磨抛光，最终得到可用于进行电迁移测试的钎焊接头。

重熔的温度范围优选200℃到700℃；冷却的方式选择随炉冷却、空冷、风冷、水冷或油冷的冷却方式。

采用环氧树脂是由于其满足一般钎料焊点电迁移可靠性测试温度要求，同时又可以保证钎料焊点的结构强度。

本实用新型的优点在于能够保证钎焊接头的尺寸和焊缝宽度，并满足钎料接头电迁移可靠性测试要求。适用于钎焊接头电迁移可靠性测试研究，具有工艺简单，成本低廉，容易保证钎焊接头的尺寸和焊缝宽度，接头强度和通电面积均满足电迁移可靠性测试要求的优点。其借助环氧树脂实现微型钎焊接头与基板的粘接，这是由于环氧树脂满足一般钎料接头电迁移可靠性测试温度要求，同时又可以保证钎料接头的结构强度。解决了由于微型接头尺寸太大造成的其于实际倒装芯片焊球的通电面积不相当，或者尺寸太小造成的其在电迁移测试过程中不易被固定，容易受到外力作用造成损失甚至断裂的难题。

附图说明

图1：钎焊对接接头电迁移测试结构组成示意图。

图2：Cu/Sn3.5Ag/Cu对接接头横截面微观组织。

图3：对接接头1×10⁴A/cm²电迁移168h后的微观组织和晶体取向。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。

实例：以下具体阐述本实用新型的实施方式，其中钎料焊膏一般保存在冰箱中，需要提前4-8h从冰箱取出放在室温环境中以恢复焊膏的粘度，使用之前还需要对其进行充分搅拌。

300μm×300μm，焊缝宽度200μm的Cu/Sn3.5Ag/Cu对接接头电迁移测试结构的制作。

1、Cu焊盘准备：用线切割方式制作铜条长方体焊盘，其尺寸为500μm×500μm×20 mm；

2、将纯度大于99.99wt.％，尺寸为500μm×500μm×20mm的Cu条放入配制好的30％HNO₃水溶液中浸泡几分钟，去除Cu焊盘表面氧化物和污染物，接着将其放入丙酮中进一步超声清洗，清洗完毕烘干备用；

3、在10mm×10mm×1.5mm的印刷电路板(Printed circuit boards,PCB)上粘附双面胶，并将两个Cu焊盘置于其上(两焊接端面平行，且均垂直于印刷电路板)，两焊接端面间距为200μm，同时注意保证焊盘间距为200μm，并且保证Cu焊盘的平行性；

4、然后采用细的纸棉签将搅拌好的Sn3.5Ag钎料焊膏涂敷于两个Cu焊盘焊接端面之间；

5、采用热风返修工作台(美国PACE ST325)进行重熔实验，重熔温度设定为245℃，重熔时间设定为50s，空冷，得到Sn3.5Ag钎料对接接头；

6、将样品连同PCB一起置于丙酮溶液，将线性焊点由PCB取下，不经镶嵌，直接研磨，去除多余钎料，得到Cu/Sn3.5Ag/Cu对接接头；

7、借助环氧树脂将样品粘附于尺寸为10mm×10mm×1.5mm的PCB上，并进行指定截面的研磨抛光，最终得到线性焊点截面尺寸为300μm×300μm，焊点厚度为200μm。钎料通电面积为9×10⁴μm²，与实际倒装芯片焊球的通电面积相当。