Fe-Ni新型UBM材料的电镀工艺开发及CSP封装可靠性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张昊 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 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 | 刘志权 |
| 关键词 | Fe-Ni合金 UBM 电镀 CSP封装 可靠性 Fe-Ni alloy Electroplating UBM CSP packaging Reliability |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | "随着无铅化进程的不断推进，无铅焊料相对较高的回流温度造成传统凸点下金属层（under bump metallization, UBM）如Cu或Ni等材料的过快消耗；另外，随着封装密度的不断提升，焊点尺寸越来越小。因此，现有的高密度封装工艺面临新的界面反应以及界面可靠性问题。 据报道，相对于传统的UBM材料，Fe-Ni合金UBM与典型无铅焊料发生反应时，具有较慢的界面反应速率。Fe-Ni合金UBM与SnAgCu焊料反应焊点的剪切强度，也稍强于Cu UBM与SnAgCu焊料形成的焊点。此外，如果钎焊前的处理工艺得当，Fe-Ni UBM的润湿性能也可以得到保证——Fe-50%wt Ni UBM与SnAgCu焊料之间的润湿角已与Cu UBM与SnAgCu焊料之间的润湿角相当。 本文进行了Fe-Ni 新型UBM材料的电镀工艺开发及其产业化探索。利用定制的晶圆电镀系统，在8寸Cu种子层晶圆及UBM图形晶圆上实现了不同组分Fe-Ni合金UBM镀层的制备。研究了各电镀参数对镀层成分的影响规律，对镀层在不同工艺条件下的生长速度、镀层的晶体结构演化以及镀层表面质量进行了测量及表征。结果表明，镀层成分主要受到电流密度、温度、镀液中Ni2+、Fe2+离子浓度比的影响。镀层晶体结构随着Fe含量的增加经历从γ固溶体向α固溶体的转变。在1~3A/dm2电流密度、50℃、镀液中FeSO4·7H2O含量35~45g/l条件下，镀层生长速度为0.16~0.21μm•min-1•(A/dm2)-1。镀层表面质量达到超镜面水平，表面高度差小于200nm。 焊点可靠性方面，针对产业芯片级封装（CSP）样品，考察了Fe-Ni/Sn-3.5Ag-0.7Cu焊点互连结构在150℃、180℃以及200℃下的热老化可靠性，以及640周次热循环条件下的界面破坏情况。结果表明，在150℃条件下，1μm的Fe-75Ni镀层在时效9天后化合物层迅速增厚，且增厚主要来自FeSn2外层的CuNiSn化合物，而1μm厚的Fe-50Ni及Fe-30Ni镀层可承受长达27天时效而Fe-Ni层消耗量尚不及二分之一，同时，界面化合物FeSn2生长速度随着镀层Fe含量的增加而降低。200℃条件下，Fe-75Ni、Fe-50Ni、Fe-30Ni合金镀层均在4天内达到其极限生长厚度，且极限生长厚度随镀层Fe含量的增加而上升。经过640周次热循环后，Fe-75Ni/SnAgCu互连体界面出现大量沿Ti/Si界面产生的横向裂纹，破坏率20%~40%；Fe-30Ni/SnAgCu互连体界面在Si基体下方出现少量弧形基体裂纹，Ti/Si界面破坏较少；Fe-50Ni/SnAgCu互连体具有最佳的热循环可靠性，两种形式的裂纹发生率均在10%以下。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64541]  |
| 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 | 张昊. Fe-Ni新型UBM材料的电镀工艺开发及CSP封装可靠性研究[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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