脉冲电镀法制备Au-Sn凸点的研究

摘要

发光二极管(LED)具有节能、环保、寿命长等优点，近年来得到突飞猛进的发展。随着大功率高亮度LED芯片的制备成功，LED在照明领域的应用已经成为可能。未来LED将逐步取代荧光灯、白炽灯，成为下一代照明光源。从实际应用的角度来看，大功率LED必将取代传统的小功率LED成为主流半导体照明器件。 为了解决大功率LED的散热问题，提高出光效率，倒装芯片技术成为国际上主流封装技术之一，倒装芯片技术中的关键是芯片凸点制备。本文选取Au-20wt.％Sn共晶无铅焊料作为凸点材料，并采用分步电镀Au和Sn薄膜的方法来制备Au-20wt.％Sn共晶焊料。论文中优化了脉冲镀Au、Sn的工艺参数，得到优良的镀Au层和镀Sn层。在硅片上分步沉积Au和Sn薄膜，分别研究了时效和回流焊过程中的Au/Sn薄膜固/固界面反应和共晶反应的特征。 主要研究结果如下： (1)直流电镀所得镀Au层孔隙率大，镀层疏松。通过优化脉冲电镀工艺参数，得到了晶粒细密、平整性良好的镀Au层。导通时间3ms，断开时间3ms，平均电流密度在4～10mA/cm2内变化时，镀层晶粒尺寸先减小后增大。在最佳电镀工艺条件下，镀Au层厚度与电镀时间之间存在良好的线性关系。 (2)与脉冲镀相比，采用周期换向脉冲镀有助于提高镀Sn层性能，得到平整、均匀的镀Sn层。在最佳电镀工艺参数下，镀Sn层平均厚度与施镀时间之间存在良好的线性关系。 (3)Au/Sn(10μm/10μm)薄膜在室温下放置一周后，形成5μm左右的反应层，从Au一侧起组成物依次为AuSn、AuSn2和AuSn4，AuSn4首先在Au/Sn界面上生成，随后AuSn和AuSn2在Au/AuSn4界面上生成。150℃下时效同样得到AuSn/AuSn2/AuSn4三相层状组织，由于Au的扩散速率比Sn快，15小时后Sn消耗完毕，AuSn4将逐渐转化为AuSn和AuSn2。Au/Sn(9μm/6μm)薄膜在280℃下回流10秒后，得到Au5Sn/AuSn/AuSn2笋状组织；延长回流时间至60秒后得到典型的Au-20wt.％Sn共晶组织，由Au5Sn和AuSn两相组成。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 LED概述

1.1.1 LED的发展

1.1.2 LED的特点

1.1.3 LED的应用领域

1.1.4 LED国内外研究现状

1.2 LED的封装

1.2.1 LED封装的演变

1.2.2倒装芯片技术

1.2.3芯片凸点下多层金属化

1.2.4芯片凸点类型

1.2.5芯片凸点制作工艺

1.2.6倒装焊用Au-Sn凸点性能及制备

1.3 电镀金概述

1.4电镀锡概述

1.5脉冲电镀基本理论

1.6本课题主要研究内容

2实验材料及方法

2.1 电镀实验装置及试样制备

2.2脉冲镀金材料与工艺条件

2.3脉冲镀锡材料与工艺条件

2.4 Au/Sn薄膜界面反应实验装置及实验方法

2.5性能检测方法

3微氰脉冲镀金的研究

3.1直流电镀金性能

3.2周期换向脉冲电镀金层性能

3.3添加剂对周期换向脉冲镀金性能的影响

3.4通断比对脉冲镀金性能的影响

3.5脉冲镀金参数的优化

3.6 电流密度对镀金层性能的影响

3.7 电镀时间对镀金层厚度的影响

3.8本章小结

4脉冲镀锡的研究

4.1 脉冲电镀参数的优化

4.2周期换向脉冲镀锡性能

4.3 电镀时间对锡镀层厚度的影响

4.4本章小结

5 Au/Sn薄膜的界面反应

5.1 时效过程中Au/Sn薄膜界面反应及组织演变

5.2 回流焊过程中Au/Sn薄膜共晶反应及组织演变

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢