Cu絲與鍍Au層互連微電阻焊工藝及其可靠性研究.pdf

1、在微型化、多功能化和高可靠性驅(qū)動下，電子器件對高密度封裝的需求日趨急迫，焊點尺寸和互連間距不斷減小，使得微互連技術(shù)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。在電子器件的互連工藝中，多采用傳統(tǒng)的錫焊實現(xiàn)互連。然而傳統(tǒng)的錫焊效率低、焊點質(zhì)量難以控制，存在虛焊、毛刺、拖尾及后續(xù)服役過程中金屬間化合物持續(xù)演變等可靠性隱患，亟需開發(fā)一種快速、高可靠性的互連工藝。本文采用平行間隙電阻焊，實現(xiàn)異質(zhì)互連結(jié)構(gòu)的快速鍵合，并對其工藝及可靠性進行深入系統(tǒng)的研究。
　　本文首先針對

2、平行間隙電阻焊工藝參數(shù)設(shè)計了三因素五水平L25(56)正交表，基于焊點拉伸力及剪切力作為評判標準，進行極差分析及方差分析，獲得優(yōu)化工藝參數(shù)。通過界面微觀組織的演變規(guī)律對互連機理進行了分析，通過高低溫熱沖擊、隨機振動、高溫熱老化及通電熱老化試驗，探究微結(jié)構(gòu)焊點的可靠性及其失效機理。最后對平行間隙電阻焊焊接過程及其隨后的可靠性試驗進行數(shù)值計算，為微互連結(jié)構(gòu)焊點的鍵合機理及失效機制提供理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明：經(jīng)正交試驗分析，焊接最

3、優(yōu)參數(shù)組合為：電極壓力0.56N~0.84N，焊接電壓：0.45~0.5V；焊接時間：16~20ms。拉伸力可達28g，剪切性能可達187g。隨著熱輸入的增大，接頭形貌依次為矩形焊點、“8”字形焊點、矩形焊點、單橢形焊點。銅金結(jié)合界面為銅金固溶體，無脆性金屬間化合物（IMC）生成，焊點連接良好。在優(yōu)化參數(shù)區(qū)間焊點溫度低于熔點，互連方式為固相連接；當焊接參數(shù)極大時焊點熔化，無熔核生成。經(jīng)高低溫熱沖擊試驗，焊點電阻略微增大，拉伸力基本不變。

4、經(jīng)高溫熱老化試驗，焊點表面氧化層增加嚴重，電阻先急劇增大后增速減慢。隨機振動試驗表明，焊點處銅線均良好未出現(xiàn)斷裂。通電熱老化180h之后，焊點電阻急劇增大，互連界面邊緣出現(xiàn)局部分離，焊點失效。焊接過程有限元計算表明，互連界面中心部位溫度最高，最高溫度938℃，未達到母材熔點。焊點中心部位電流密度最大，最大應(yīng)力位于焊點邊緣。在高低溫熱沖擊試驗中，頸部與界面結(jié)合處為薄弱部位。在通電熱老化試驗中，焊點頸部等效應(yīng)力最大，電流在頸部與界面結(jié)合部位