键合铜丝的稳定性改进

发布时间：2017-06-20 00:10

  本文关键词：键合铜丝的稳定性改进，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铜以优良的导电导热性、易抛光性、延展性而广泛应用于各个领域。裸铜线的电阻(135Ω/m)比金线的电阻(180Ω/m)低22%,而裸铜线的导热率(392W/m.k)比金线的导热率(310W/m.k)高出近25%,并且由于金线价格较高,很多封装公司正加大对铜线制程的投入。但是铜线在空气中长时间暴露很容易氧化,容易降低半导体封装的质量。为了提高铜丝键合质量,即防止铜丝氧化,本文通过以下两种表面处理技术对键合铜丝的稳定性进行改进研究。(1)通过化学镀的方法在铜表面镀上一层抗氧化性较好的钯镀层来提高铜丝的键合质量,重点研究镀液配方及操作条件对化学镀钯质量的影响。通过对稳定剂、络合剂、施镀温度和时间的研究,发现不同浓度的稳定剂、络合剂以及施镀温度与时间对镀液的稳定性、镀速、镀层的外观、孔隙率有明显影响。通过参数优化,得到适合铜片化学镀钯的配方组成为PdCl22 g/L、NaH2PO2·H2O 12 g/L、38%(质量分数)]HCl4 mL/L、28%(质量分数)NH3·H2O 160 mL/L、硝酸铋55 mg/L、异丙醇胺25 mL/L和pH 9.8±0.2。最佳施镀条件是52℃、35 min。此时沉积速率达到最大为1.16mg/(cm2·h),而且镀层具有最小的腐蚀电流密度(3.24×10-9 A/cm2)、最高的腐蚀阻抗(4.41×106 Ω/cm2)和最低的腐蚀速率(4.60×10-5 mm/a), pH无变化,镀液稳定性好；SEM图显示出得到的镀层均匀、致密、无明显缺陷和针孔,钯颗粒尺寸为100-200nm; EDS结果显示出表面镀层中磷含量为5%。XRD显示出镀层中的钯以微晶态存在；而由于铜丝与铜片表面积的差异,铜丝表面引发钯沉积的活化能较小,通过增加异丙醇胺的浓度来控制钯颗粒的生长,得到适合铜丝化学镀钯的配方组成与工艺：PdCl2 2g/L, NaH2PO2·H2O 12g/L,38%(质量分数)HCl 4 mL/L,28%i(质量分数)NH3·H2O 160 mL/L,硝酸铋55mg/L,辅助络合剂异丙醇胺35ml/L,pH 9.8,温度52℃,时间35min。从SEM图中可以看出得到的镀层表面均匀细致,不出现脱层、裂纹现象。(2)利用缓蚀剂对铜表面进行处理,提高铜的抗氧化性。以苯骈三氮唑(BTA)为主要缓蚀剂,研究其最佳浓度,处理温度与时间,并以苯骈三氮唑／乙醇／钼酸钠为基础,通过其与无机物、有机物、高分子聚合物等复配在铜表面形成防变色膜,并探讨其协同效应,确定它们之间的最佳配比。主要研究结果如下：以水为介质,单一BTA为缓蚀剂,通过对BTA浓度、处理温度、时间的研究与对比,得到最佳的BTA浓度、处理温度、处理时间分别为3g/L、40℃、10min,此条件下的腐蚀速率为5.31×10-4 mm/a,铜表面产生气泡的时间为15s。乙醇的加入可以提高BTA对铜表面的防腐蚀效果,当乙醇浓度为50ml/L时,腐蚀速率为2.33×10-4 mm/a,这与BTA单一体系的腐蚀速率5.31×10-4mm/a相比,腐蚀速率减小了56%。铜表面产生气泡的时间为23s。在此基础上,研究了不同浓度钼酸钠/BTA/乙醇体系对铜防变色效果的影响,得到最佳的钼酸钠浓度为4g/L,此条件下的腐蚀速率为2.12×10-4mm/a,这与BTA/乙醇体系的腐蚀速率2.33×10-4mm/a相比,腐蚀速率进一步降低。铜表面产生气泡的时间为27s。另外,还研究了在BTA/乙醇/钼酸钠体系中加入硝酸铈、OP及聚乙二醇对该体系铜防变色效果的影响。结果显示：其它物种的加入对防变色效果有一定的影响。目前的数据表明：OP效果要好于硝酸铈和聚乙二醇。
【关键词】：铜丝 化学镀 钯 防变色 苯并三氮唑
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.11;TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 金丝与铜丝的物理特性13
• 1.2.1 金线的物理特性13
• 1.2.2 裸铜线的物理特性13
• 1.3 金丝与铜丝的电性能和热性能13
• 1.4 裸铜线的缺点13-14
• 1.5 镀钯铜丝的基本特性14-15
• 1.5.1 镀钯铜丝的物理特性14
• 1.5.2 镀钯铜线的电热特性14
• 1.5.3 镀钯铜线的抗氧化性14
• 1.5.4 镀钯铜丝的研究进展14-15
• 1.6 有机缓蚀剂防止铜防变色15-17
• 1.6.1 铜的性质15
• 1.6.2 铜腐蚀变色的因素15-16
• 1.6.3 缓蚀剂的定义16
• 1.6.4 铜和铜合金缓蚀剂的分类16
• 1.6.5 铜缓蚀剂的缓蚀机理16-17
• 1.6.6 铜缓蚀剂的研究进展17
• 1.7 本论文的工作思路及主要研究内容17-19
• 第二章 实验材料与研究方法19-24
• 2.1 实验药品与设备19-20
• 2.1.1 实验药品19-20
• 2.1.2 实验设备20
• 2.2 镀层表征方法20
• 2.2.1 扫描电镜(SEM)分析20
• 2.2.2 X-射线衍射(XRD)分析20
• 2.3 电化学测试20-22
• 2.3.1 交流阻抗测试21-22
• 2.3.2 极化曲线测试22
• 2.4 贴滤纸法测孔隙率22
• 2.5 硝酸滴定法22-23
• 2.6 化学镀沉积速率测试23-24
• 第三章 铜表面化学镀钯研究24-39
• 3.1 铜片表面化学镀钯24-36
• 3.1.1 前处理24
• 3.1.2 异丙醇胺对以氯化铵为稳定剂化学镀钯的影响24-27
• 3.1.2.1 异丙醇胺用量对钯膜形貌的影响25
• 3.1.2.2 异丙醇胺用量对沉积速率及镀液稳定性的影响25-26
• 3.1.2.3 异丙醇胺用量对镀层孔隙率的影响26-27
• 3.1.3 稳定剂硝酸铋对化学镀钯的影响27-29
• 3.1.3.1 硝酸铋用量对钯膜形貌的影响27-28
• 3.1.3.2 硝酸铋用量对沉积速率及镀液稳定性的影响28
• 3.1.3.3 硝酸铋用量对镀层孔隙率的影响28-29
• 3.1.4 异丙醇胺对以硝酸铋为稳定剂化学镀钯的影响29-31
• 3.1.4.1 异丙醇胺用量对钯膜形貌的影响29-30
• 3.1.4.2 异丙醇胺用量对沉积速率及镀液稳定性的影响30
• 3.1.4.3 异丙醇胺用量对镀层孔隙率的影响30-31
• 3.1.5 施镀温度对化学镀钯的影响31-34
• 3.1.5.1 施镀温度对钯膜形貌的影响31-32
• 3.1.5.2 施镀温度对沉积速率及镀液稳定性的影响32-33
• 3.1.5.3 施镀温度对镀层孔隙率的影响33-34
• 3.1.6 施镀时间对化学镀钯的影响34-35
• 3.1.6.1 施镀时间对钯膜形貌的影响34
• 3.1.6.2 施镀时间对孔隙率的影响34-35
• 3.1.7 镀层的结构及组成分析35-36
• 3.2 铜丝表面镀钯36-38
• 3.2.1 前处理36
• 3.2.2 铜丝表面钯镀层的形貌36-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 铜表面防变色研究39-60
• 4.1 BTA的缓蚀机理39-40
• 4.2 铜表面BTA防变色研究进展40
• 4.3 铜片表面防变色研究40-58
• 4.3.1 前处理40
• 4.3.2 BTA用量对铜缓蚀效果的影响40-42
• 4.3.2.1 BTA用量对交流阻抗的影响40-41
• 4.3.2.2 BTA用量对极化曲线的影响41-42
• 4.3.2.3 硝酸滴定实验42
• 4.3.3 温度对铜缓蚀效果的影响42-44
• 4.3.3.1 温度对交流阻抗的影响43
• 4.3.3.2 温度对极化曲线的影响43-44
• 4.3.3.3 硝酸滴定实验44
• 4.3.4 处理时间对铜缓蚀效果的影响44-46
• 4.3.4.1 处理时间对交流阻抗的影响44-45
• 4.3.4.2 处理时间对极化曲线的影响45-46
• 4.3.4.3 硝酸滴定实验46
• 4.3.5 乙醇用量对BTA体系防变色效果的影响46-49
• 4.3.5.1 乙醇用量对BTA体系交流阻抗的影响47
• 4.3.5.2 乙醇用量对BTA体系极化曲线的影响47-48
• 4.3.5.3 硝酸滴定实验48-49
• 4.3.6 钼酸钠用量对BTA/乙醇体系防变色效果的影响49-51
• 4.3.6.1 钼酸钠用量对BTA/乙醇体系交流阻抗的影响49
• 4.3.6.2 钼酸钠用量对BTA/乙醇体系极化曲线的影响49-50
• 4.3.6.3 硝酸滴定实验50-51
• 4.3.7 硝酸铈用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系防变色效果的影响51-53
• 4.3.7.1 硝酸铈用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系交流阻抗的影响52
• 4.3.7.2 硝酸铈用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系极化曲线的影响52-53
• 4.3.7.3 硝酸滴定实验53
• 4.3.8 OP用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系防变色效果的影响53-56
• 4.3.8.1 OP用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系交流阻抗的影响54
• 4.3.8.2 OP用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系极化曲线的影响54-55
• 4.3.8.3 硝酸滴定实验55-56
• 4.3.9 聚乙二醇用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系防变色效果的影响56-58
• 4.3.9.1 聚乙二醇用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系交流阻抗的影响56
• 4.3.9.2 聚乙二醇用量对BTA/乙醇/钼酸钠体系极化曲线的影响56-58
• 4.3.9.3 硝酸滴定实验58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 总结60-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间论文、专利67-68
• 致谢68

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