Ag-Au-Pd合金键合线的电迁移性能研究

摘要

随着集成电路的发展，目前工业中大部分封装采用的是引线键合技术。目前半导体封装行业采用金线作为主要的引线键合线，然而为了降低成本，银合金线开始进入人们的视野，并且开始适用于工业中。研究表明银合金线在引线键合后性能达到行业标准，然而在可靠性方面，银合金还存在风险：银在高电流和高温下都会产生迁移现象。
　　本研究主要内容包括：⑴在250℃和电流密度5.04mA/μm2条件下比较银合金线和金线的抗电迁移性能，24h后金线表面无变化，而银合金线在4h后表面就发生很大变化，说明银合金线抗电迁移性能不如金线。⑵通过KI-TOOL软件测量金属引线两端电阻的变化，研究发现金线两端电阻没有明显的变化，然而银合金线在电迁移过程中电阻变化明显，前期变化平缓，在某一点发生熔断从而断路，电阻趋近无穷大。⑶采用控制变量的方法来确定温度因素和电流密度对金属线的电迁移的影响，温度范围是240~280℃而电流密度范围是4.48~5.6 mA/μm2，结果表明金属线的电迁移现象会随着环境温度的增加和电流密度的提高而加速发生，并且会极大降低金属线的电迁移寿命。⑷通过改变电场方向可以改变金属原子的电迁移方向，并且对于银合金线来说，银离子在高温高电流密度下从正极迁移到负极。⑸在对银合金线表面形貌进行分析时发现线表面出现了黑点，通过检测确定为黑色的氧化银。通过对银合金线表面进行线扫描确定了银含量的变化曲线，结果表明银合金线表面的银离子从正极迁移到负极即表面扩散。⑹采用两种方法对线内部进行研究，结果发现线“颈”区域发现了孔洞，同时晶粒大小也发生了变化。银合金线内部的小晶粒在电场和温度的作用从正极向负极迁移，并且在负极区域聚集长大形成大晶粒，甚至出现了贯穿线径的“bamboo”结构晶粒即晶界迁移。晶界扩散导致了晶粒的致密化，使得晶粒由杂乱变得整齐。

目录

封面

声明

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 微电子芯片封装技术

1.2 引线键合技术

1.3电迁移

1.4 本文的研究内容及目的

第二章 实验方法与原理

2.1 引线键合制备样品

2.2 电迁移实验方法

2.3 样品表面观察及表征

2.4 样品内部观察及表征

第三章 Ag-Au-Pd合金键合线的电迁移性能研究

3.1 银合金线和金线抗电迁移能力的对比

3.2 电迁移寿命的影响因素

3.3 电场方向对电迁移现象的影响

3.4 本章小结

第四章 Ag-Au-Pd合金键合线的电迁移机理研究

4.1 电迁移过程中的表面扩散

4.2 电迁移过程中的晶界扩散及迁移

4.3 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文