Influence of Copper Pretreatment on the Phase and Pore Formations in the Solid Phase Reactions of Copper with Tin

Abstract

The solid-phase reactions of copper with tin are considered, and the porosity of the reaction products depending on the pretreatment of the copper substrate is investigated. Copper substrates for the reaction are prepared by electrodeposition of copper layers with thickness of up to 100 microns on the rolled copper plates. The defects of substrates are determined by the different modes of electrodeposition-stationary, reversible, and stochastic ones. As shown, the thicknesses of the intermediate phases, their ratio, the number and spatial distribution of pores in the reaction products significantly depend on the mode of electrodeposition. The statistical dependences of the pore distribution along and across the interface as well as the characteristics of the roughness of the interface are revealed.Розглядаються твердофазні реакції міді з циною, та досліджується поруватість продуктів реакції в залежності від попереднього оброблення мідного підложжя. Мідні підложжя для реакції готуються шляхом електроосадження прошарків міді товщиною до 100 мкм на прокатані мідні пла-Corresponding author: V. V. Morozovych Îттиски доступнû непосредственно от издателя Ôотокопирование разрешено только в соответствии с лицензиеé  2018 ÈМÔ (Èнститут металлофизики им. Ã. Â. Êурдюмова ÍÀÍ Óкраинû) Íапе÷атано в Óкраине. 1649 1650 V. V. MOROZOVYCH, A. R. HONDA, Yu. O. LYASHENKO et al. тівки. Дефектність підложжя визна÷ається різними режимами електроосадження: стаціонарним, реверсним і стохасти÷ним. Показано, що товщини проміжних фаз, їх відношення, кількість і просторовиé розподіл пор у продуктах реакції істотно залежать від режиму електроосадження. Âиявлено статисти÷ні залежності розподілу пор вздовж і поперек інтерфеéсу, а також характеристики éого шерсткости. Ключові слова: інтерфеéс мідь-цина, дифузія, твердофазні реакції, електроосадження, дефекти, пороутворення, пінінґування. Рассматриваются твёрдофазнûе реакции меди с оловом, и исследуется пористость продуктов реакции в зависимости от предварительноé обработки медноé подложки. Меднûе подложки для реакции готовятся путём электроосаждения слоёв меди толщиноé до 100 мкм на прокатаннûе меднûе пластинки. Дефектность подложек определяется разли÷нûми режимами электроосаждения: стационарнûм, реверсивнûм и стохасти÷еским. Показано, ÷то толщинû промежуто÷нûх фаз, их соотношение, коли÷ество и пространственное распределение пор в продуктах реакции существенно зависят от режима электроосаждения. Óстановленû статисти÷еские зависимости распределения пор вдоль и поперёк интерфеéса, а также характеристики его шероховатости. Ключевые слова: интерфеéс медь-олово, диффузия, твёрдофазнûе реакции, электроосаждение, дефектû, порообразование, пиннинг.

Intrinsic Diffusivities Ratio Analysis in the Al-Cu System

“…Besides, one of the most common reasons for chip failure is due to the soldered copper/tin based contacts, that is, the soldered contacts are the weakest part of the chip and this is related, in particular, to intermetallics and the Kirkendall-Frenkel porosity formation in the contact zone [5]. The temperature range is from room temperature up to 250°C (typical range of packaging and operation of the integrated circuits) [6,7].…”

Intermetallics Disappearance Rates and Intrinsic Diffusivities Ratios Analysis in the Cu-Zn and the Cu-Sn Systems

“…Two phases are formed in the Cu-Sn system during isothermal annealing of Cu/Sn samples at temperature T = 200 o C [3,6,9]: ε-phase Cu3Sn (phase 1, C1 ≈ ¾ = 0.753, ∆C1 = 0.012, C = CCu [6]) and η-phase Cu6Sn5 (phase 2, C2 ≈ 6/11 = 0.547, ∆C2 = 0.021, C = CCu [6]), at temperature T = 210 o C [10], and at temperature T = 250 o C (Sn is liquid) [11]. Parabolic growth constants for the layer thicknesses were measured in [6], also the range of homogeneity of each phase were measured, and the values of the mutual diffusion coefficients for the Cu3Sn (phase 1) and Cu6Sn5 (phase 2) phases between 463 K and 493 K (190 o C and 220 o C) were calculated too: [12] or by "constant flux method" (Gurov's and Gusak's method) [13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23] or by other methods [26,[28][29][30] (data are from [6] as an example):…”

MESOSCOPIC MODEL OF DIFFUSION INTERACTION AND PHASE GROWTH IN Cu-Sn SYSTEM

“…Різні типи обробки приводять до різної шорсткості інтерфейсу, зокрема середню амплітуду та середню довжину «вигинів» майбутньої міжфазної межі. В роботі [3] описано твердофазні реакції міді з оловом та експериментально досліджено пористість продуктів реакції в залежності від попередньої обробки мідної підкладки. Мідні підкладки готувалися шляхом електроосадження прошарків міді товщиною до 100 мкм на прокатних мідних пластинках.…”

“…Таким чином, результат твердофазних реакцій може залежати від шорсткості початкового інтерфейсу мідь-олово [3]. Одним з методів оцінки впливу шорсткості на структуру контактної зони є проведення чисельного моделювання цих процесів, що дозволяє оцінити структуру та склад дифузійної зони, положення міжфазних меж.…”