FeNiP化学镀层的制备及其与无铅焊料的润湿性及界面反应性能
文献类型：学位论文
| 作者 | 周海飞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 尚建库 ; 郭敬东 |
| 关键词 | 无铅焊料 凸点下金属化层 FeNiP化学镀层 可焊性 界面反应 lead-free solder under bump metallization electroless FeNiP solderability solder reactions |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 新型UBM薄膜材料的研究一直是微电子互连技术研究的关键之一。本论文采用化学镀方法成功制备了可用于UBM的多种FeNiP薄膜材料，并对其润湿性能及界面反应等进行了较为系统的研究。 设计了新的络合体系，通过在镀液中添加EDTA-2Na和DTPA大幅度缩小Fe2+与Ni2+间沉积电位差实现镀层铁含量的提高。在铜、硅基材及wafer表面成功制备出FeNiP化学镀层，镀层中Fe含量0—97at.%粗略可控。研究了EDTA-2Na浓度、镀液温度、镀液中Fe2+/Ni2+摩尔比及各种添加剂对镀层Fe含量和镀层质量的影响规律。 利用座滴法及润湿天平研究了FeNiP镀层与Sn及SnAgCu共晶焊料间的润湿性能。研究发现，镀态下FeNiP化学镀层的润湿角和最大润湿力均普遍优于目前广泛使用的NiP镀层，润湿时间也仅稍长于NiP镀层，而且镀态下FeNiP化学镀层的润湿性能随Fe含量增加呈提高趋势。此外，FeNiP化学镀层较相同Fe含量的FeNi电镀层具有更好的润湿性能，特别是在高温氧化之后，这可能与FeNiP表面的氧化膜更容易被焊剂去除有关。 研究了FeNiP/Sn体系长时间回流后的界面微结构演化。发现界面微结构与镀层中铁含量密切相关：对高Fe含量镀层（55FeNiP与75FeNiP），界面上生成为FeSn2单层结构，而对低Fe含量镀层（25FeNiP），界面则形成FeSn2与Ni3Sn4共存的双层乃至多层结构。FeSn2较Ni3Sn4更负的吉布斯形成自由能是Sn/FeNiP体系回流后界面层由FeSn2支配的主要原因。此外，随着FeNiP化学镀层中铁含量由低到高变化，界面形成的FeSn2相生长速度明显降低，且远低于NiP/Sn体系的Ni3Sn4相。 系统研究了FeNiP化学镀层与Sn及SAC焊料间的固态反应。在与Sn焊料的固态时效中，随FeNiP镀层中铁含量由0--25--55--85at.%渐增，界面层相应由Ni3Sn4单相--Ni3Sn4/FeSn2双相共存--FeSn2单相转变。计算表明，Sn/55FeNiP与Sn/85FeNiP体系中FeSn2界面层的表观激活能分别为46.6kJ/mol与93.8kJ/mol，远大于Sn/NiP体系中Ni3Sn4界面层的27.2kJ/mol，更大的激活能促使了界面层更慢的生长速度。此外，与55FeNi相比，55FeNiP/Sn时效后的界面层生长速度明显更慢。在FeNiP/SAC体系中，界面层由镀层侧的FeSn2层与焊料侧的Cu6Sn5化合物共同构成。随着镀层中铁含量的提高，Cu6Sn5化合物由层状结构渐变为粒状分布而逐渐减少。Sn/xFeNiP及SAC/xFeNiP焊点经固态时效后的界面中均未见明显的富磷层存在。 探讨了Fe电沉积层与FeP化学镀层作为UBM的应用。研究表明：镀态下Fe及FeP层与Sn及SAC焊料的润湿性优于NiP层，而FeP层更为疏松的氧化膜使其在镀态下及180℃时效后均表现出较Fe层更优的润湿性。回流后的Sn/Fe、Sn/FeP、SAC/Fe及SAC/FeP界面上均为极薄的FeSn2层。时效后，Sn/Fe及Sn/FeP体系的界面仍为FeSn2单层结构，而SAC/Fe与SAC/FeP体系中的FeSn2界面层上则有少量Cu6Sn5及Ag3Sn化合物分布。 此外，FeP具有较Fe更慢的界面IMC生长速度，Sn/Fe与Sn/FeP两体系中FeSn2层的表观形成激活能分别为88.1kJ/mol与106.2kJ/mol,远大于Sn/NiP体系中Ni3Sn4界面相的激活能。 |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64482]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周海飞. FeNiP化学镀层的制备及其与无铅焊料的润湿性及界面反应性能[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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