12 Nov

EDS及EBSD在微焊点金属间化合物中的应用

简介: 在半导体工业中,随着二维到三维集成电路的转变,芯片的互联形式已经转变为硅通孔3D互联,焊点尺寸有望减小至几个微米。Sn基钎料因其良好性能而被广泛使用。焊接过程中,Sn与母材发生反应易形成Cu6Sn5和Cu3Sn两种相。利用能谱(EDS)及背散射电子衍射技术(EBSD)可以对微焊点中的成分、晶体结构、晶粒取向、大小等进行快速表征,从而对微焊点性能的改善提供指导意义。

结果: 利用Ultim Max170能谱探测器对某微焊点区域成分进行分析。由图1(a)可见,整个焊点的元素两侧为Cu及Ni中间区域分布Sn及少量Ag颗粒。进一步使用AutoPhaseMap功能,进行“相”的识别与表征,如图1(b)所示。可见中间区域较复杂,分布多种相结构。 图1(c)为菊池带衬度(Band Contrast)分布图, 各层晶粒形貌清晰可见。图1(d)相与菊池带衬度叠加图,所分析区域共六种相,各相的晶体学参数如图中表格所示。其中,Cu及Ni相均为立方结构,且晶格常数相差无几(3.61Å及3.57Å),单独使用EBSD无法正确的区分两相。AZtec软件的TruPhase功能,可利用能谱实时区分晶体结构近似而成分不同的相。仅14mins,即完成采集,充分体现Symmetry EBSD高分辨及高速两大特点。最终可确认中间区域结构如图(d)所示。同时利用定量线扫描分析(Quantline)研究Ni元素在中间区域的分布(图1(b)中黑线范围),Ni在该区域约有1%左右,很可能为稳定的(Cu,Ni)6Sn5相。

图1 焊点区域 (a) EDS Layered Image; (b) EDS AutoPhaseMap; (c) EBSD Band Contrast Map; (d) EBSD Phase与Band Contrast叠加图; (e) 图(b)黑线位置定量线扫描

对中间区域进行取向及晶粒大小分析,如图2(a)为Cu6Sn5菊池带衬度与IPF Y叠加图。晶粒中的颜色与反极图中颜色对应。图2(b)为Cu3Sn相菊池带衬度图,IPF Y图及大角晶界叠加图。晶粒为等轴晶,平均晶粒尺寸约350nm。从反极图可知,Cu3Sn部分晶粒的[001]趋于平行于Y方向。

图2 IMCs区域 (a) η相IPF Y与BC叠加图; (b) Cu3Sn IPF Y与BC叠加图及晶粒尺寸分布

总结:利用Ultim Max170能谱及Symmetry EBSD对微焊点的成分及结构进行了表征。Ultim Max能谱具有大晶体面积,采集计数率高等特点。Symmetry EBSD兼顾了高速与高分辨率两大特点,文中对六种物相同时标定且同时采集能谱,时间仅为14分钟。强大的AZtecEBSD软件,保证了物相分析及定量结果的可靠性,以及后处理获得准确的晶粒取向及大小等分析结果。

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日期:  12 November 2018

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