回流焊温度和焊料尺寸对 Cu/Sn/Ni 微焊点中 Cu-Ni 交叉作用的影响（一）

三维集成电路(3D IC)封装利用硅通孔(TSV)和微型焊料凸点垂直堆叠芯片，是满足电子器件小型化和高性能需求的最有前途的方法之一。用于 TSV 互连的微型焊料凸点的直径有望从目前的 100毫米缩小到未来的1毫米，这将显著影响界面反应.铜和镍薄膜是最常见的凸点下金属化层( UBMs)，因此不对称铜/焊料/镍焊点已成为当前的封装结构.然而，随着焊点的尺寸继续减小，铜/焊料和镍/焊料界面处的界面反应将同时相互作用，即从 ubm 中溶解的镍和铜原子会迅速扩散到熔融焊料和相反的界面，然后强烈影响金属间化合物(IMCs)的生长，通常称为铜-镍交叉相互作用.因此，随着焊料凸点尺寸的减小，铜/焊料/镍焊点的铜-镍交叉相互作用变得更加复杂;至关重要的是理解微焊点界面反应的基本方面。近年来，已经报道了大量关于 Cu-Ni 交叉相互作用的研究研究了 SnAgxCu 焊料和镍 UBM 在 250°c 时的界面反应。他们报告了界面 IMCs 的类型与焊料中铜的浓度密切相关:当铜含量小于 0.2 Wt。%，IMC 为 (Ni，Cu)3sn 4;当铜含量高于 0.6 重量%，金属间化合物转化为(Cu，Ni)6sn 5;当铜含量在 0.4 和 0.5 重量%之间时。%，在界面处生成了(Ni，Cu)3sn 4和(Cu，Ni)6sn 5，并且在(Cu，Ni)6sn 5/Ni界面上方生成了(Ni，Cu)3sn 4。表征了在 Sn3.5AgxNi/Cu 界面上形成的疏松多孔结构(Cu，Ni)6sn 5 IMC，并且 IMC 随着 Ni 的添加而增厚。在250°C下不同焊接时间下Cu/Sn-3.5Ag/Ni夹层结构中的 Cu-Ni 交叉焊料相互作用。他们发现跨焊料相互作用不仅影响界面 IMCs 的类型，还影响其生长动力学。确定了 260°C 时焊料尺寸对 Ni/SnAg/Cu 焊点界面反应的影响，并发现 SnAg/Ni 界面处界面 IMC 的生长速度比 40mm 焊点的 SnAg/Cu 界面处的生长速度快得多。当焊料尺寸减小到 20 mm 及以下时，界面 IMC 的生长速率发生逆转。研究了 Cu/Sn/Ni 焊点在 260°C、300°C 和 340°C 不同瞬时液相键合(TLP)温度下的界面反应，发现 (Cu，Ni)6sn 5 IMC 的形态与 Ni 含量有关。发现，使用超声诱导 TLP 焊接工艺在 Ni/ Sn/Cu接头中形成了均匀晶粒形貌的圆形(Cu，Ni)6sn 5 IMCs，并且超声诱导的均匀金属间化合物接头表现出比传统非均匀接头更高的剪切强度(61.6 MPa)。使用具有额外温度梯度 ( TG ) 的新型回流方法研究了 (001)Cu/Sn/Ni 微焊点中界面(Cu，Ni)6sn 5 的生长行为和形态演变，发现 Cu-Ni 交叉相互作用和 TG 在 IMC 生长和形态/取向演变中起着重要作用。因此，Cu 和 Ni 原子作为界面反应中的敏感元素，对界面处 IMCs 的类型、微观结构和生长动力学具有重大影响。

在之前的研究中，回流温度和焊料尺寸被视为影响铜/焊料/镍焊点界面反应的独立因素。然而，这两个因素对铜/焊料/镍微焊点中铜-镍交叉相互作用和界面反应的耦合作用很少研究。因此，需要进一步研究回流温度和焊料尺寸对铜/焊料/镍焊点界面反应的影响，以阐明铜-镍交叉相互作用的机制。