脉冲电镀对封装互连中纯Sn焊点Sn须生长的影响

论文摘要

随着电子产品行业的无铅化以及其尺寸的微型化,在电子产品的封装互连中,Sn焊料凸点的Sn须生长成为制约电子产品的可靠性和使用安全性的一大瓶颈。近年来,脉冲电镀技术已成为电子行业金属淀积的主要手段,并在集成电路的Cu互连工艺和光刻显影中得到有效的应用。因此,本论文将脉冲电镀技术进一步应用到电子产品的封装互连工艺中,采用该技术制备Ni、Sn镀层,比较研究了脉冲电镀和直流电镀对Sn须生长的影响,并对相关机理进行了讨论。第一、论文研究了在Cu衬底上脉冲电镀Ni层,通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征了Ni层的表面形貌和晶向。结果表明,与直流电镀Ni层相比,脉冲电镀得到的Ni镀层表面晶粒大小均匀,排列一致,且可适用的镀Ni电流密度范围增大。此外,脉冲电镀使Ni层中Ni（200）晶面的择优取向大大提高,由于Ni（200）晶面具有较小的晶面间距,因此该镀层将有利于减少原子的晶界扩散,增强其阻挡扩散性能。第二、比较研究了脉冲镀和直流镀Ni阻挡层对Cu/Ni/Sn结构中Sn须生长的影响以及表面Sn层结构的变化。实验表明脉冲镀Ni阻挡层能有效抑制Sn须生长。这归因于以下几个原因:（1）脉冲镀Ni阻挡层有利于后续电镀的Sn层中Sn（321）晶面的生长,而Sn（321）晶面具有较大的晶粒尺寸和较小的晶面间距,能有效抑制Cu原子在Sn层内的扩散,因而抑制了Sn-Cu金属间化合物（IMCs）的形成,缓解Sn须的生长。另外,Sn原子本身的横向扩散也受到抑制,阻止了Sn须的继续生长。（2）脉冲镀Ni阻挡层导致更多的Ni4Sn3的形成和更少的Sn-CuIMCs生成,因此大大降低了Sn层内的压应力,所以能很大程度上抑制Sn须生长。（3）脉冲镀Ni阻挡层的样品在焊流循环中形成了Sn—～0.7wt.%Cu合金,这也有利于缓解Sn须生长。第三、比较研究了脉冲镀Sn和直流镀Sn对Cu/Ni/Sn结构中Sn须生长的影响以及样品表面微结构的变化。研究表明,与直流电镀Sn覆层样品相比,脉冲镀Sn层可以有效地缓解Sn须生长。这是由于采用脉冲电镀技术可以大大提高Sn层中Sn（321）晶面取向,大幅度降低了不利的Sn（220）晶向。此外,脉冲镀Sn会导致更多的Ni4Sn3和更少的Sn-Cu IMCs的形成,大大降低了Sn层内的压应力。同时,脉冲镀Sn使Sn层结构连续性大大提高,以及在焊流循环中Sn-～0.7wt.%Cu合金的形成,均有助于缓解Sn须生长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Sn须生长机理
• 1.3 Sn须生长的抑制方法研究
• 1.4 脉冲电镀的研究及应用
• 1.5 论文架构
• 1.6 参考文献
• 第二章 脉冲电镀对扩散阻挡层Ni沉积形貌和晶面结构的影响
• 2.1 样品制备与表征
• 2.2 测试结果与分析
• 2.3 小结
• 2.4 参考文献
• 第三章 脉冲电镀Ni对纯Sn焊镀层Sn须生长的影响及其机理研究
• 3.1 样品制备与表征
• 3.2 测试结果与分析
• 3.3 小结
• 3.4 参考文献
• 第四章 脉冲电镀Sn对纯Sn焊镀层Sn须生长的影响及其机理研究
• 4.1 样品制备与表征
• 4.2 测试结果与分析
• 4.3 小结
• 4.4 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 一、全文结论
• 二、展望
• 硕士阶段完成论文
• 致谢