基于阴极钝化的新型环保银基合金键合丝及其应用

发布时间：2020-07-13 08:59

【摘要】：微电子封装元器件广泛应用于军工产品、智能手机及无人驾驶汽车等领域,在高密度、高集成度和微型化趋势的驱动下,其封装工艺、材料以及产品质量要求越来越高。键合丝作为微电子封装领域四大关键基础材料之一,是实现芯片与引线框架之间电气互连的内引线,其品质优劣直接决定了微电子封装产品的性能。银合金丝作为非传统键合丝,具有优异的导电性、延展性以及高反光性,性能表现卓越,是未来取代传统键合丝的主要方向。然而,高银含量键合丝在潮湿工况下易发生银离子迁移,且易被空气中的硫化物和氧气等腐蚀使表面变色,影响银丝反光率、使用寿命和长期可靠性。本文采用自主知识产权碱性钝化液,基于新型环保的三价铬阴极钝化技术,在银键合丝的生产过程中创新性的引入阴极钝化处理工艺,以期获得一种光滑、致密的纳米级生物膜包覆的银基键合丝。在不影响键合可靠性、降低反光性前提下,实现一种低成本高质量的银键合丝抗腐蚀新方法。本文研究内容主要集中于探索新型环保三价铬阴极钝化技术的有效工艺参数,分析不同电流I、电压U以及钝化时间T等因素下对银丝表面质量的影响,并研究最优参数条件下不同银基合金键合丝的钝化防腐蚀效果;采取X射线光电子能谱、能谱仪等手段,分析基于三价铬阴极钝化工艺处理下的银基合金丝表面钝化膜成分;采用KAIJO键合机、Condor Sigma测试机等设备测试处理后银丝的第一焊点直径D、拉断力F等;并通过封装工艺实现LED照明产品的应用,在恒温恒湿试验箱、高精度快速光谱辐射计等仪器下研究银丝反光率及加速老化后光通量衰变等可靠性情况。最终通过电化学工作站研究三价铬盐在酸性、碱性条件下的Tafel曲线及钝化液的循环伏安曲线、阴极极化曲线,分析三价铬阴极钝化溶液的阴极电化学动力学过程及成膜机理。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN405
【图文】：

引线键合,广泛应用,国家科技创新

第 1 章绪论第 1 章绪论课题背景半导体产业涵盖了芯片设计、制造和封装测试三大模块，是国家科技创新规划”的重点发展方向，在“中国制造 2025”、航天强国路”建设等国家战略实施中发挥着重要的作用。由 20 世纪 50 年来的引线键合工艺是封装模块的主流互连技术，经过半个多世纪前 80%以上的封装形式采用引线键合进行连接[1-4]，被广泛应用照明、IC 封装以及可穿戴电子 MEMS 中（图 1.1）。

键合,微电子封装

键合丝概述键合丝作为微电子封装领域四大基础关键材料（芯片、键合丝/基板、塑封料）之一，是芯片与引线框架之间实现电气互连的图 1.2），起到连接半导体芯片与外部电路电流传输以及信号互8]。在半导体生产过程中，键合丝及其他前端工艺的好坏将直接体元器件的品质优劣上。优化前端生产是改善元器件品质所采手段。微电子封装元器件向高密度、高集成度和微型化的发展引线键合工艺需要适应窄间距、长距离等更加严苛的条件。这的生产工艺、成本、导电、导热以及键合性能等方面提出了越求。因此超细、低成本、耐高温的键合丝受到人们的重视[9-12]。其发展时间节点划分可分为传统键合丝、非传统键合丝两类[13

过程图,铬酸,阴极反应,过程

价铬防治的重视程度可见一斑。六价铬，三价铬的毒性极微，仅相当于六价铬的 1/1价铬相似的特性，为人体所需的微量元素之一。采用钝化方案可极大限度降低对环境的污染，受到众多研研究人员开始寻找合适的三价铬钝化工艺以取代六价的阴极还原反应过程离子在钝化过程中的转变情况以及钝化膜的构成成分的看法。其中为大多数人所接受的观点是德国学者 M电化学分析后得出的碱式铬酸盐物质，Muller 认为，生成了一层碱式铬酸铬胶体（如图 1.3），之间消耗掉成一层胶体膜覆盖在钝化金属表面（如图 1.4），最终

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