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在倒装芯片工艺中锡铅钎料的反应
在倒装芯片工艺中锡铅钎料的反应
K.N.Tu,K.Zeng
摘要：
基于形状学，热力学和动力学等方面大量可靠的数据，对SnPb钎料和Cu，Ni，Au，Pd这四种金属中任意一种发生的锡铅钎料反应进行了综述。
大块和薄膜两种形式金属的钎料反应进行了考察和对比。
而且是在钎料熔点之上或之下发生的反应也已加以摸索和比较。
在熔化钎料和金属间的润湿反应中，金属间化合物的形成率比固态钎料和金属反应的速率快3-4个数量级，而且这种速率被金属间化合物形成时的形状所操纵。
在熔化的SnPb和Cu或Ni的润湿反应过程中，金属间化合物的结构为扇贝型，其在固态老化时呈层状。
在扇形中间有一个通道，它促使原子快速扩散和获得专门快的化合物形成率。
在层状形状中，化合物层自身对扩散造成阻碍，减慢反应速度。
类似的，在SnPb和Au或Pd之间也存在此种形状改变。
润湿反应中的扇形和固态时效状态下的层状形状具有稳固性，能够通过表面和界面能最小化原理来讲明。
这种液相金属间化合物形成的不常见的高速率是通过自由能改变率来讲明，而不是自由能的改变进行讲明。
同时综述中还包括金属多层作为球下金属植层，例如Cr/Cu/Au，Al/Ni（V）/Cu和Cu/Ni合金薄膜。
关键词：
钎料反应；倒装芯片工艺；扇贝形；金属间化合物形成
引言
钎料反应是连接金属最古老的冶金工艺之一，今天，在现代微电子工艺中对钎料反应的利用也是无所不在的：
在电路板制造中，利用钎料把芯片的主架构连接到主板上；在倒装芯片工艺中，钎料直截了当把芯片连接到主板上；在电子消费产品中预期会使用更多的倒装芯片工艺（图1）。
因此为了成功的应用该工艺，就要对钎料反应作一个系统的研究。
在这次研究中，我们先讨论什么原因我们在芯片—基板封装中使用钎料以及什么原因在钎料使用几百年以后，钎料反应仍旧为大伙儿研究的热点。
在电子工业中两个关键的技术是芯片技术和封装技术，此处芯片技术的重要性就不再详述，封装技术的重要性正开始被关注。
没有先进的封装技术，微米级芯片技术在速度和功能上的先进性就大大的被减小。
倒装芯片工艺在运算机主机制造中已获得专门大的成功，同时已延伸到一个专门广泛的，各种各样的无线移动电子消费品领域中。
这些微型机器的功能和用法变得专门尖端，如何把这些专门先进的芯片封装在便携式设备内的一张卡或一块主板上变得专门具有挑战性。
为了懂得这种挑战性，我们从芯片内部连接的两个简单因素开始。
今天的大规模集成电路硅片中的铝或铜线仅仅0.5μm或更少。
假设在两个平行金属线之间的空间也为0.5μm，那么共占用空间为1μm，因此在1cm2的芯片上我们有10000根线。
每一根线都长1cm，这就意味着在每一层上金属线的总长度是100m。
由于我们在一个芯片上布6-7层金属线路，如果我们把层与层之间的可连接长度累加起来，我们就会发觉，在1m2芯片上相互连接的线路长度将是1km！
这是第一个事实。
为了给芯片上这些金属丝提供电导线，我们在逻辑芯片表面需要做几千个I/O焊盘。
唯独可实行的方法是使用焊点球栅列阵。
我们有50μm直径的焊点小球，焊点间距也是50μm，因此每个焊点所占长度空间是100μm，我们在1cm上能放100个焊点小球或在1cm2上能放10000个小球。
另外，第二个有关联的因素是我们在芯片表面有10000个I/O口或钎料小球，由于期望这种小尺寸焊点小球的应用，在1999年国际半导体工艺电路图组织（ITRS）确认倒装芯片工艺为重要的研究课题，这些课题是与制造业中的产品及使用方面的可靠性是紧密有关的[1]。
什么是倒装芯片？
什么是制造和可靠性咨询题？
广泛的讲，把芯片电路和外部电路连接在一起有两种方式：
一种是通过金属线连接；另一种是通过焊接凸点。
图2a显示了通过金属线连接在主架构上的硅芯片简图，其中主架构的腿利用表面安装技术或针孔技术焊到电路板上。
芯片的超大规模集成（VLSI）边在用金属线固定时颠倒了，因为金属线固定需要超声波振动，在结合过程中使用的压力能够损坏结合区域周围或底下的结构，因此他必须在芯片的周围边线上安装，而远离芯片中心区起作用的VLSI区。
即使我们在100μm内布一根50μm的金属线，我们也仅能在1cm2大的芯片周围设计400个I/O，它比10000个钎料球少的多。
其中，这些小球被安装或电镀在同样大的芯片面积上。
在放置钎料小球于起作用的VLSI区是没有压力咨询题。
图2b显示了在芯片表面的BGA列阵。
为了把芯片连接到基体上，芯片将会被倒装在上面，因此它被称为倒装芯片，同时芯片的VLSI被上下倒置。
图1从1999年到2007年世界范畴内倒装芯片技术的消费量
图2（a）主架构上硅芯片引线连接的简图（b）芯片表面的BGA钎料球
国际半导体工艺电路图组织[1]已提出Si工艺将能在以后2-3年后促进新一代产品的产生。
为了与芯片工艺保持同步，封装技术必须提升。
因此，在封装基体时，电路密度和I/O的数量必须增加。
在当今展出的先进芯片的电路图中，使用2000个I/O焊盘，那个数量被指出：
在2014年将超过7000个。
倒装芯片工艺是仅存的能习惯每个芯片上有大量I/O要求的工艺，它有合理的效益和可靠性。
1.1IBM公司C-4工艺的进展史
在IBM公司的运算机主机中，倒装芯片工艺被他们应用于封装芯片。
它起源于“可控塌陷的芯片连接”中或“IBM公司的C-4工艺”中。
自从19世纪60年代[2-4]，他们就把芯片连接到陶瓷复合板中。
在我们回忆这项独一无二的C-4工艺的特点时，我们将讨论在C-4工艺改革中的一件事，那确实是：
这种钎料连接的的可靠性。
由于对C-4工艺的详细讨论及其历史演化，读者能够参考Puttlity和Totta近期所作的综述[5]。
此处要讨论的是由钎料反应产生所导致的AgPb薄膜电极的腐蚀性咨询题。
在19世纪60年代晚期，当大规模集成电路的硅工艺开始时，IBM公司使用80Ag20Pd薄膜合金做为电极，它被用在陶瓷复合板中来封装单个硅片[6,7]：
在陶瓷复合板表面有16个电极，如图3。
在AgPb电极的根部，两玻璃细长片安装在电极间，作为玻璃挡板容纳熔融钎料。
熔化的钎料不能润湿玻璃表面，故而它将在两玻璃条之间形成球形。
熔化钎料的表面张力自动的把芯片拉入电极阵列中，球的高度和陶瓷之间保持一定的距离。
钎料是成分为90Pb10Sn的高铅钎料。
自动芯片连接工艺专门成功。
然而发觉，在实际使用过程中玻璃挡板邻近有Ag2Sn腐蚀物产生，导致运算机失效。
这是没有预料到的，因为向AgPb中加入重量20%的Pd的目的是阻碍Ag的硫化腐蚀物。
由于腐蚀的产生，就需要游离的Ag与S反应。
而S在外界大气中就含有，咨询题是游离的Ag来自那儿？
回答是来自钎料反应。
图3单晶片陶瓷模块16焊点连接芯片和模块优化结构，陶瓷模块大小1cmx1cm
AgPd电极具有SnPb低熔共晶的光洁度。
高铅钎料球中的铅完全消耗AgPd合金中的Pd来形成Pb2Pd化合物并析出游离态的Ag。
反应时自由能转换的热动力学运算显示：
Pb能几乎消耗合金中的所有Pd，因为Pb2Pd化合物有一个专门高的形成自由能。
一个对比发觉：
Pb没有消耗80Ag20Au合金中的Au，因为那个Pb2Au化合物形成自由能专门低。
基于这些反应的研究，腐蚀咨询题通过使用AuAgPd三元合金解决[8,9]。
尽管在三元合金的焊点形成中，钎料仍能与Pd反应，然而Au保留在合金中从而爱护Ag不被腐蚀。
作为一个有关的咨询题，发觉Pb实际上与AgPd即使在室温时也会发生脱合金成分腐蚀反应，这是出人意料的[10]，这是因为如果我们打算把Ag和Pd合金化，由于AgPd合金相中互相扩散专门慢，我们必须在450℃左右进行退火。
每个原子相互扩散的活化能差不多上在2ev以上，那么在他们合金化后，咨询题就成为他们什么原因能被Pb那么容易被脱合金腐蚀？
这就导致扩散－诱发－晶粒－边界－电子游离现象或“DIGM”。
AuAgPd电极被印刷在陶瓷复合板表面，因此在单个芯片模块中有专门低的金属线路密度，如图3所示。
但随着大规模集成电路芯片的进展，需要高密度的电路封装，这导致了在运算机主机中多层金属陶瓷复合模板的进展和多层芯片复合的产生。
在多层金属陶瓷复合模块中，许多层金属Mo线被埋装在陶瓷层中，这些模板的每一个都能承放100块芯片。
几个如此的陶瓷复合模板就能连接成一个印刷电路板，这就产生了运算机主机中两层封装，简图如图4a所示。
它由芯片－陶瓷复合模板封装和陶瓷复合板－树脂板封装层组成。
在第一层芯片与陶瓷复合模板封装层中，芯片上有限金属镀层和球下金属植层差不多上Cr/Cu/Au三层薄膜。
实际上在这层中，Cr/Cu层有一个渐变相微观结构，是为了提升Cr和Cu的粘接力，加大它的阻碍钎料反应以便能够承担几次重溶[11,12]。
在陶瓷表面的UBM是典型的Ni/Au层，那个连接两个UBM的钎料是高Pb合金，例如95Pb5Sn或97Pb3Sn。
焊点的横截面简图在图4中显示。
芯片凸点能通过蒸发沉淀，也可通过垂直刻录或选择性的电镀录制出。
它的熔点300℃以上，在第一次重溶中（大约350℃），在UBM上获得球形焊点。
BIM是在SiO2表面被刻录出来，如图4b所示。
因为SiO2表面不能被溶化金属润湿，熔熔焊点的基体受BIM尺寸的限制，因而钎料小球放置到钎料球限制性金属植层上，因此讲当钎料量给定后，BIM或UBM操纵凸点尺寸（高度和直径）。
在二次重熔中，焊点把芯片连接到陶瓷板上。
也是在二次重熔中，熔化钎料的表面能提供了自我调整力自动将芯片定位在陶瓷板上正确的位置。
注意到钎料为专门高熔点，然而，芯片和陶瓷都能承担高温而可不能显现咨询题。
补充一点，高Pb钎料与Cu反应形成Cu3Sn层，它能连续到好几次重溶过程终止而可不能破坏。
我们注意到，在Cr/Cu/Ag三层金属层中，每层金属之因此如此选择差不多上有专门的理由。
第一，钎料不能润湿Al丝，因此Cu被选择，因为它能够形成金属间化合物（IMC）；再者，Cu与SiO2绝缘体表面连接性不行，因此选择Cr作为Cu和SiO2之间的粘接层。
IBM公司进展这种Cu/Cr层渐变相结构来提升Cu与Cr的连接强度，因为Cr和Cu难以混合，当他们共同沉积时，他们的颗粒形成一个互锁的微观结构。
Cu/Cr层渐变相微观结构的晶格图将在第7部分讨论。
在这种结构中，Cu和Cr连接良好。
对Cu来讲，在重熔中，它分离出去进而与Sn反应生成IMC也是专门难的。
此外，这种微观结构提供了IMC的一个机械互锁。
最后，Au被用来作为钝化层表面来阻止Cu的氧化和腐蚀，它也同时作为促进钎料润湿的表面层。
图4（a）两时期封装截面示意图；芯片和陶瓷模和陶瓷和聚合物板，其中为BGA阵列
（b）C-4钎焊接头和金属化芯片截面放大图
在第二层陶瓷板到树脂板的封装中，应用SnPb低熔点共晶（183℃）钎料，它能在220℃重熔。
专门明显，在该重熔中，第一层中的高Pb焊点不熔化。
1.2什么原因倒装芯片中的钎料反应是研究的热点？
尽管这种两层封装对IBM公司运算机主机来讲工作的专门好，但关于要求低成本，大批量生产的消费品来讲，它太昂贵。
为了减小消耗，在电子工业中，人们想去掉陶瓷板或第一层封装而直截了当把芯片连接到树脂板上，这确实是“直截了当芯片连接”或“有机工艺倒装芯片”。
由于树脂层有一专门低的非晶态过渡温度区，而关于芯片连接来讲，重熔温度专门低，因此低熔点共晶钎料将被应用。
在倒装芯片中钎料反应有一个左右为难的咨询题。
一方面，为了获得成千上万个焊点同时连接，我们需要一专门快的钎料反应速度；另一方面，由于UBM薄膜禁不起长时刻反应，我们也需要在连接后钎料反应能赶忙停止。
然而在设备的制造业中，要求这些焊点经受几次重熔。
而在重熔过程中，焊点处在熔化状态的总时刻是好几分钟。
在钎料薄膜反应延长到几分钟情形下，将会发生什么事？
图解如下，我们以熔化SnPb低溶共晶钎料和Cu反应为例。
图5是低溶共晶钎料SnPb和Cu厚箔界面扫描电子显微截面图[13,14]。
样品预备，直径0.5mm的钎料珠放置在Cu厚箔，该Cu厚箔浸湿RMA溶剂，而RMA溶剂是放置在一200℃的热盘上的盘子上，当钎料珠润湿Cu表面时，它开始扩展形成一熔帽。
在给定的的时刻后，此盘将从热盘上移开并冷却，然后清洗这块样板，熔帽用钻石锯割开，截面抛光和蚀刻进行SEM测试。
界面显示了成分为Cu6Sn5、扇贝形状的IMC结构。
当高度腐蚀试样移去Pb时（Sn也被带走），能够看到更清晰的扇贝形IMC的三维图象。
图6是一系列在200℃、不同时刻形成的扇形图象（他们都采纳同样的放大倍数）[13]。
在那个地点最有意思的发觉是：
扇形物进行非守恒生长反应，例如讲在相同的区域，他们都变大而同时数目变少。
因为扇形物的总量由于界面反应而随着时刻而增加，因此它是非守恒生长反应，此种反应的动力学研究差不多有所报道[14]。
图5共晶钎料和厚Cu薄膜界面扇贝形IMC截面SEM图
图6共晶钎料和Cu膜界面扇贝形IMC在200℃生长三维截面SEM图（a）1分钟（b）10分钟（c）40分钟
现在如果厚厚的Cu箔被薄Cu膜代替，在IMC形状上产生了戏剧化的变化。
图7显示了在200℃时退火10分钟的SEM截面图，它是SnPb低溶共晶钎料与870nmCu层的界面，其中，Cu层是沉淀在硅晶片表面上厚度为100nm的Ti薄膜上[15]。
扇贝形状、成分为Cu6Sn5的IMC结构不在存在，而变为球状IMC层，它们中的一部分脱离基板剥落进入钎料。
这是没有预料到的，因为当Cu膜被钎料完全消耗时，我们预期界面反应能停止由于不再有Cu。
然而，扇贝之间的反应保持连续并由半球形转变为球形。
那个球形在Ti表面有180゜润湿角。
它们之间全然不存在连接，因此球专门容易从Ti表面脱落。
当钎料处在熔化状态时，可利用地球引力的作用下的进行讲明，因为熔化钎料的密度比Cu6Sn5化合物大。
图8所示为SnPb低熔共晶SEM截面图，其在有Au/Cu/Cr薄膜的两硅片中间放置了共晶钎料[16]。
在200℃，20分钟后，成分为Cu6Sn5的球形被从底表面脱落且移向上表面，这确实是IMC剥落现象。
当这种情形发生时，钎料与未润湿基板表面连接专门差，且还可能会显现不润湿现像。
图9显示了一剥落后的非润湿表面的SEM图[17]。
图10是在钎料薄膜反应中，按时效、剥落、不润湿为次序的系列简图。
图7共晶钎料和870nmCu/100nmTi（UBM）界面球形Cu6Sn5在200℃生长10分钟截面SEM图
（a）2D（b）蚀去钎料后3D
图8双硅片夹Au/Cu/Cr薄膜上共晶钎料的SEM横界面图，其中部分球形Cu6Sn5差不多剥落流入上层截面
图9Au/Cu/Cr薄膜上共晶钎料非润湿SEM图象
图10钎料薄膜反应中：
（a）扇贝形IMC粗化（b）球形IMC的剥落（c）薄膜UBM上钎料不润湿的简图
因此，在钎料反应中研究的爱好，专门是钎料薄膜反应，是为了懂得IMC的生长、剥落以及如何阻止他们发生，从而使焊点能长久使用。
这种扇贝形形状本身确实是研究的热点，什么原因IMC形成如此一个形状？
什么原因这种形状即使在等温200℃，退火40分钟仍旧是稳固的（除时效外），这也是专门惊奇的。
电子封装制造工业期望倒装芯片焊接点能够承担好几次重熔。
在使用领域内，期望能不腐蚀（作为AgPd电极时）且具有高可靠性可固态时效老化、热应力循环、电子迁移（这些可靠性咨询题在第二部分要紧讨论）。
另外，期望能够用无铅钎料代替SnPb钎料。
铅基钎料的运用已引起环保的关注。
实际上，美国议会里已有四份反铅议案，其中有一份确实是来自环境爱护署。
国家电子制造创始组织（NEMI）有一个称为NEMI无铅工程打算，其目标是北美的公司能够在2001年往常生产出无铅产品，到2004年为止能制造出完全无铅的产品。
此外，世界商贸急迫需要无铅化。
欧盟电子装配污染组织（WEEE）公布了一条指令，呼吁在2004年1月往常在电子业完全禁止铅的使用，这一呼吁最近又延迟至2008年1月。
在日本，尽管没有法律禁止铅的使用，然而有许多公司例如Fujitsu、Toshiba、Hitachi、Sony和Panasonic已做出承诺：
最早在2001年要是他们的消费品实现无铅化。
而使制造业无铅化背后的驱动力是由于一次市场调查，这次调查中发觉，消费者更喜爱不含铅的商品。
因此，在不久今后的电子制造业中，在倒转芯片技术上运用无铅焊料已专门紧迫。
然而，在倒装芯片技术上成功的引用无铅焊料，必须建立在以往所用SnPn焊料的体会的基础。
除环境咨询题之外，Pb基钎料可能包含有少量的210Pb同位素，210Pb会衰变成206Pb。
在衰变过程中转变Bi，同时散发α-粒子。
当这些粒子在穿过Si材料的装置时，产生电子和孔穴，在这些载电体重新结合之前，他们会阻碍储存在MOS设备电容中的电荷，从而导致“软错误”的失败。
为阻止这一咨询题，纯化Pb或无Pb或是绝缘体上的Si材料（SOI）设备更适合些。
1.3范畴、目标和主题
在所考察的领域，我们考虑SnPb铅料和Cu、Ni、An、Pd四种金属之间的反应。
那个地点我们不考虑无铅钎料，目的是要分析在可得到的热力学，形状学和动力学数据基础上的这些SnPb焊料的反应，同时将重点考察SnPb焊料和Cu、Ni、An、Pd薄膜之间的反应，从而能够了解到在多次重熔情形下薄膜UBM的专门的行为。
另一方面，我们的目的不是要找到可多次重熔的薄膜UBM，也不是要克服它的可靠性咨询题，（这一点在第二部分讨论），这些咨询题应是电子封装行业的科学家和工程师们的责任。
我们之因此选择SnPb焊料，这是因为一直以来它差不多上一种专门重要的焊料合金，因此它的反应对无铅钎料起到一个参考的作用。
我们选择这四种金属的缘故是：
Cu，Ni能和Sn反应形成IMC，什么原因能够实现钎焊连接的缘故；而Au和Pd用于表面钝化，同时也能提升润湿性。
此外，我们将重点考察SnPb和Cu之间的反应，包括润湿反应和固态反应。
“润湿反应”也确实是所谓的熔化钎料和固态金属之间的反应。
金属能够是一块厚箔或薄箔，在封装技术中，这种润湿反应也称为“重熔”。
在重熔过程中，焊料经历超过其熔点的温度区间，时刻约为0.5-1分钟，对低熔共晶SnPb焊料，这一过程温度一样为183℃-220℃，由于在封装制造中需要多次重熔，焊料保持融解状态达几分钟。
因此，我们通常研究处于200℃时，经历0.5~40分钟的反应。
关于“固态反应或是固态老化”，反应温度低于焊料熔点温度。
我们依旧以低熔共晶SnPb和Cu为例来讲明，我们将之保温在120~170℃达1000小时。
在150℃时，长达1000小时的固态反应是一个要求的可靠性试验；另一可靠性试验确实是热循环试验，温度范畴为-40~125℃，循环次数高达5000次。
我们注意到尽管润湿反应和固态反应之间的温度差不大时（可能仅有30℃），反应时刻却相差4个数量级。
“焊料－薄膜反应”指焊料和一种金属薄膜（四种金属中的一种），或是一堆薄膜（通常含有一层Al，Ti或Cr）之间的反应。
一样的，我们假设焊料球的高度大约为50-100μm，Cu或Ni薄膜的厚度为0.5-1μm，那么Cu和Ni混合物在焊点上的总量约占0.5-2％，但若采纳更厚的UMB，焊点的组成也相应的改变。
考虑到这一考察的内容，我们应综合热力学，形状和动力学的信息来分析钎料反应。
我们重点分析在这些反应中IMC的形状转变和自由能变化的速率，定温定压下的所有化学反应都将引起负的吉布斯自由能的变化，在界面反应生成IMCs的过程中，也是由负的自由能改变所操纵的。
为了能在较短的时刻周期内得到最大的自由能变化，自由能改变速率专门重要。
在较短的时刻周期内得到最大的自由能变化，例如在润湿反应中约为1分钟时，反应的高速率或是快的自由能变化速率专门有利[18,19]。
（1）
其中dG/dt是反应的自由能变化速率，其表达为
，τ是反应的周期。
因此，系统将会选择反应的途径或状态，以便在时刻周期τ内得到最大的dG/dt（或是最大驱动力和生长速率），产生最大自由能变化，专门是在润湿反应或是重溶过程中，高的反应速率专门重要。
另一方面，如果τ专门大，自由能变化本身确实是专门重要的。
何种反应途径能够产生最大的自由能变化，可依靠于产物的形状和微观结构。
扇贝形IMC生长速率专门高。
在焊料－薄膜润湿反应中，扇贝形IMC转变为球形，在固态老化时，扇贝形转变为层状，然而当再次被熔融钎料润湿时，层状又转变回扇贝形。
是一种专门专门而有味的现象。
我们应描述一下润湿反应和固态反应的区别。
由于在液态时原子扩散率专门高，在反应中，当产物（IMC）的形状为高能原子扩散速率提供动力学途径时，一种高的反应速率就能够实现。
这确实是在那个地点所要考察的所有润湿反应的一样特点。
在固态下，由于原子扩散速率没有液态时高，扇形形状变得不稳固，具有了趋向层状形状的倾向。
为将形状对反应的阻碍阐述的更清晰，将在第3-6部分中举一些例子来讲明。
在倒装芯片技术中的冶金可靠性咨询题
2.1冶金反应
由于在C-4技术中，Cr/Cu/Au薄膜已成功地应用于芯片表面电镀，因此专门自然地想到把它转变成直截了当芯片连接，也确实是把含Cr/Cu/AuUBM的芯片用低熔共晶SnPb钎料与有机底层连接起来。
然而，当低熔共晶SnPb用来润湿Cr/Cu/Au或甚至是渐变相的Cu-Cr层，焊点经历多次重熔后会失效。
低熔点的低熔共晶钎料中Sn的浓度专门高（74％Sn），它能够专门快把Cu薄膜消耗掉（在200℃时1μm/min速度），导致Cu-Sn化合物成长并剥落[14-16,20]。
因此，由于在钎料和剩余的Cr之间没有粘接而使焊点的机械性能专门差。
图11a-c是低熔共晶SnPb和Au/Cu/Cu-Cr薄膜UBM界面剖面SEM图，其在200℃时热处理，时刻分别为1分钟，1.5分钟和10分钟。
其中的一些球形颗粒（图11c）已脱落（与Cr/SiO2界面脱离）到熔化的焊料中[15,16]。
由于导致焊料与不可润湿的Cr接触，这种脱落是专门不利的，因为他将会导致焊点化学和机械性能变差。
实际上，我们所预备的力学测试件是夹在含Cu/CrUBM的两块Si片中间的焊料球，使焊点开裂时所需的载荷随着热处理时刻的增加而急剧下降（如图12）[21]。
图11Au/Cu/Cr与共晶SnPb界面截面220℃退火SEM图
（a）1分钟；（b）1.5分钟；（c）10分钟：
部分球形晶粒差不多由钎料接头界面脱落
图12接头拉伸强度（a）及剪切强度（b）随再流焊时刻变化
实际上，如果用低熔共晶SnPb代替高Pb焊接接头（如图4），熔化的低熔共晶SnPb和Au/Cu/CrUBM之间的润湿反应就成了咨询题。
为解决熔化焊料和薄膜UBM之间的反应咨询题，有两种普遍的方法：
改善焊料或是改善UBM，分别用图13a和图b讲明。
第一种方法，渐变相结构的Au/Cu/Cr相能与高Pb焊料专门好的作用，我们将保持之。
但我们将用一种低熔点低熔共晶焊料连接高Pb焊料中，这是一种“复合焊料”的方法，如图13a。
在连接之前，将薄层低熔共晶焊料沉积在有机底层上，或者也可涂在高Pb焊料上。
要紧的优点确实是重熔温度低且仅需要融解低熔点的焊料。
然而，我们发觉这一方法有一个潜在的咨询题，那确实是在重熔过程中，熔化的低熔共晶焊料沿着高Pb焊料外表面迁移到Au/Cu/Cr周围。
如此UBM周围将又会引起一定量的IMC剥落。
图13示意图（a）复合钎料法（b）Ni基UBM法
第二种方法，一样用Ni基UBM代替Cu基UBM以降低焊料反应速率，如图13b。
我们回想起IBM公司在模块面上使用Ni/AuUBM。
实际上，已发觉Ni与低熔共晶SnPb的反应速率更低一些（将在第4部分讨论），然而，我们注意到，蒸镀或喷溅Ni薄膜往往会产生专门大的残余应力。
应力将会致裂芯片表面的SiO2绝缘层。
因此，在IBM的C-4技术中，Ni仅用于无强烈作用设备的模块表面。
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