Microstructural characterization of the Si/Cu/X/Cu/Si (X=In, In-48 at.% Sn) interconnections obtained in diffusion soldering process

• Autorzy: Wojewoda J. , Zięba P.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka mikrostruktury połączeń Si/Cu/X/Cu/Si (X=In, In-48 at.% Sn) uzyskanych w procesie lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT'2004 : XVII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVII; 20-24.06.2004; Łódź, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the potential of diffusion soldering process application to the production of thermally stable Si/Si joints designed for microelectronics devices. Pure copper was used for metallization while In and an In-48 at.% Sn alloy as solder interlayers (Fig. 1). The samples were annealed at 180 °C and 200 °C for In and the In-Sn interlayer, respectively. The investigation of interconnections was performed using transmission electron microscope equipped with an energy-dispersive X-ray spectrometer. The presence of two phases: eta(Cu2In) and ...(Cu7ln3) in the Cu/In/Cu joint was found (Fig. 2). The eta phase was also observed in the Cu/Sn-In/Cu samples. However, in the central part of the joint it was based on the Cu6(Sn,In)5 compound and with an increasing distance from the middle of the joint this phase was replaced by eta(Cu2(In,Sn)). In the region adjacent to the copper substrate two phases: ...(Cu10(Sn,In)3) and ...(Cu7In3) were detected (Fig. 3). The high melting point (~600 °C) of all the phases (eta, ...) guarantees the thermal stability of the resulting interconnections (Figs.4, 5).

PL

W pracy przedstawiono możliwości techniki lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego w produkcji termicznie stabilnych złączy Si/Si stosowanych w przemyśle elektronicznym. Podczas tworzenia złączy przeprowadzono metalizację z czystą miedzią oraz zastosowano jako lutowie warstwę indu oraz stopu eutektycznego indu i cyny (Rys. 1). Próbki z warstwą indu oraz stopu In-Sn były wygrzewane w odpowiednich temperaturach 180 oraz 200 °C. Wykonano mikroanalizę składu chemicznego otrzymanego złącza wykorzystując transmisyjny mikroskop elektronowy wyposażony w spektrometr dyspersji energii promieniowania X (EDX). W złączu Cu/In/Cu obecne były dwie fazy międzymetaliczne eta(Cu2In) oraz ...(Cu7ln3) zaobserwowano również w połączeniach Cu/Sn-In Cu. Jednakże w centralnej części złącza istniała faza eta typu Cu6(Sn,In)5, a wraz ze wzrastającą odległością od środka złącza faza ta była zastępowana przez jej inną odmianę opartą na formule Cu2(In,Sn). W obszarze bliskim substratowi miedzi zaobserwowano dwie fazy ...(Cu10(Sn,In)3) oraz delta(Cu7In3) (Rys. 3). Wysokie topnienia (~600 °C) wszystkich trzech faz (eta ...) gwarantują termiczną stabilność uzyskanych połączeń (Rys. 4,5).

Słowa kluczowe

PL

lutowanie dyfuzyjne; lutowanie niskotemperaturowe; spajanie; mikrostruktura

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 3
• Strony: 460--463
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Wojewoda J.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, Cracow

autor

Zięba P.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, Cracow

Bibliografia

• [1] Directive 2002/95/EC: Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment, Official Journal of European Union (13 February 2003).
• [2] Zięba P.: Diffusion soldering-candidate for a lead-free interconnection technology, Inżynieria Materiałowa 22 (2001) 989-992.
• [3] Humpston G., Jacobson D.M.: Principles of soldering and brazing, ASM International, Materials Park, OH, 1993.
• [4] Wang S.Q.: Barriers against copper diffusion into silicon and drift through silicon dioxide, MRS Bulletin XIX, (1994) 30-40.
• [5] Somadossi S., Lityńska L., Zięba P., Gust W., Mittemeijer E.J: Transmission electron microscopy investigation of the microstructure and chemistry of Si/Cu/In/Cu/Si interconnections, Mater. Chem. Phys. 81 (2003)566-568.
• [6] Saunders N., Miodownik A.P.: The Cu-Sn (copper-tin) system, Buli. Alloy Phase Diagr. 11, (1990) 278-287.
• [7] Subramanin P.R., Laughlin D.E.: The Cu-In (copper-indium) system, Buli. Alloy Phase Diagr. 10, (1989) 555-568.
• [8] Binary Alloy Phase Diagrams, In-Sn (Indium-Tin), T.B. Massalski (Editor in-chief), ASM International 1990, Materials Park, OH, 2295- 2296.
• [9] Bader S., Gust W., Hieber H.: Rapid formation of intermetallic compound by interdiffusion in the Cu-Sn and Ni-Sn systems, Acta Metali. Mater. 43 (1995) 329-337.
• [10] Bartels F., Morris J.W. Jr., Dalke G., Gust W.: Intermetallic formation of thin solid-liquid diffusion couples, J. Electronic Mater. 23 (1994) 787-790.
• [11] Sangha S.P., Jacobson D.M., Peacock A.T.: Welding Res. Suppl., Oct. (1998)432-438.
• [12] Vianco P.T., Hlava P.F., Kilgo A.C.: Intermetallic compound layer formation between copper and hot-dipped 100ln, 50In-50Sn, 100Sn, and 63Sn-37Pb coatings, J. Electronic Mater. 27 (1994) 583-594.
• [13] Freer Goldstein J.L., Morris jr. J.W.: Microstructural development of eutectic Bi-Sn and eutectic In-Sn during high temperature deformation, J. Electronic Mater. 23 (1994) 477-486.