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(dòng)下，電子器件對(duì)高密度封裝的需求日趨急迫，焊點(diǎn)尺寸和互連間距不斷減小，使得微互連技術(shù)面臨嚴(yán)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(shí)現(xiàn)互連。然而傳統(tǒng)的錫焊效率低、焊點(diǎn)質(zhì)量難以控制，存在虛焊、毛刺、拖尾及后續(xù)服役過(guò)程中金屬間化合物持續(xù)演變等可靠性隱患，亟需開(kāi)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(shí)現(xiàn)異質(zhì)互連結(jié)構(gòu)的快速鍵合，并對(duì)其工藝及可靠性進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。
　　本文首先針對(duì)

2、平行間隙電阻焊工藝參數(shù)設(shè)計(jì)了三因素五水平L25(56)正交表，基于焊點(diǎn)拉伸力及剪切力作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行極差分析及方差分析，獲得優(yōu)化工藝參數(shù)。通過(guò)界面微觀組織的演變規(guī)律對(duì)互連機(jī)理進(jìn)行了分析，通過(guò)高低溫?zé)釠_擊、隨機(jī)振動(dòng)、高溫?zé)崂匣巴姛崂匣囼?yàn)，探究微結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的可靠性及其失效機(jī)理。最后對(duì)平行間隙電阻焊焊接過(guò)程及其隨后的可靠性試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，為微互連結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的鍵合機(jī)理及失效機(jī)制提供理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明：經(jīng)正交試驗(yàn)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(shí)間：16~20ms。拉伸力可達(dá)28g，剪切性能可達(dá)187g。隨著熱輸入的增大，接頭形貌依次為矩形焊點(diǎn)、“8”字形焊點(diǎn)、矩形焊點(diǎn)、單橢形焊點(diǎn)。銅金結(jié)合界面為銅金固溶體，無(wú)脆性金屬間化合物（IMC）生成，焊點(diǎn)連接良好。在優(yōu)化參數(shù)區(qū)間焊點(diǎn)溫度低于熔點(diǎn)，互連方式為固相連接；當(dāng)焊接參數(shù)極大時(shí)焊點(diǎn)熔化，無(wú)熔核生成。經(jīng)高低溫?zé)釠_擊試驗(yàn)，焊點(diǎn)電阻略微增大，拉伸力基本不變。

4、經(jīng)高溫?zé)崂匣囼?yàn)，焊點(diǎn)表面氧化層增加嚴(yán)重，電阻先急劇增大后增速減慢。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)表明，焊點(diǎn)處銅線(xiàn)均良好未出現(xiàn)斷裂。通電熱老化180h之后，焊點(diǎn)電阻急劇增大，互連界面邊緣出現(xiàn)局部分離，焊點(diǎn)失效。焊接過(guò)程有限元計(jì)算表明，互連界面中心部位溫度最高，最高溫度938℃，未達(dá)到母材熔點(diǎn)。焊點(diǎn)中心部位電流密度最大，最大應(yīng)力位于焊點(diǎn)邊緣。在高低溫?zé)釠_擊試驗(yàn)中，頸部與界面結(jié)合處為薄弱部位。在通電熱老化試驗(yàn)中，焊點(diǎn)頸部等效應(yīng)力最大，電流在頸部與界面結(jié)合部位