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分步电镀法Sn-Ag合金凸点的制备及工艺优化

作　者: 毕京林
导　师: 李明
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 凸点 Sn-Ag合金分步电镀界面反应回流
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着电子产品向多功能、高性能、高可靠、小型化、便携化及大众化普及所要求的低成本等方向发展,电子封装行业的技术也日新月异。芯片的一级封装经历了引线框架型,球栅阵列型(BGA, Ball Grid Array),到TSV(Through Silicon Via)三维封装。在球栅阵列封装中因为采用了凸点,封装密度从一维提升到二维;在倒装焊封装中(FCBGA, Flip Chip BGA),凸点的作用进一步突显出来,大大缩短了电气互连距离,并提高了封装密度;在TSV三维封装中,微凸点键合又因其他键合方式无以比拟的优势得到广泛的关注。随着凸点尺寸和凸点节距越来越小,传统的凸点制备工艺,蒸发/溅射沉积法,丝网印刷法以及转移法难以满足工业化生产的需求,而电镀法则因其工艺简单、易于批量生产、凸点一致性好,以及可以制备绝大部分凸点等优点脱颖而出。因为传统锡铅焊料对环境的危害,在无铅焊料领域科研工作者们已经进行了广泛的评估和筛选,锡银系已经得到了业界的认可。本研究为制作Sn-Ag合金凸点,研究了锡、银的制备工艺,通过工艺优化分别在甲基磺酸镀锡液和丁二酰亚胺无氰镀银液中成功制备了纯锡镀层和纯银镀层;采用分步电镀-回流法制备出成分可控的Sn-Ag合金,通过DSC证明了该方法是制备Sn-Ag合金凸点的有效方法;详细研究了在合金化过程中凸点和铜基底之间的界面反应,及随着回流时间延长界面的演化规律;在上述研究基础上,通过掩膜光刻技术,探讨了在硅片上实际制备凸点的工艺,所制备的直径为60微米、间距180微米凸点排列整齐、高度均匀,在甘油浴中回流后,凸点表面光滑,球形完美,为今后制备Sn-Ag合金凸点奠定了基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-32
  1.1 电子封装行业的发展  8-14
    1.1.1 引线框架型封装  9-11
    1.1.2 球栅阵列型封装  11-13
    1.1.3 三维封装  13-14
  1.2 凸点制备技术  14-20
    1.2.1 蒸发/溅射沉积法  14-15
    1.2.2 丝网印刷法  15-16
    1.2.3 转移法  16-18
    1.2.4 电镀法  18-20
  1.3 凸点材料选择  20-23
    1.3.1 锡铜共晶合金  22-23
    1.3.2 锡锌共晶合金  23
    1.3.3 锡银共晶合金  23
  1.4 电镀制备锡银合金凸点方法  23-26
    1.4.1 合金共沉积  23-25
    1.4.2 分步电镀法  25-26
  1.5 本文的研究内容及目的  26-27
  参考文献  27-32
第二章锡/银镀层的分步制备及优化  32-60
  2.1 实验方法与原理  32-40
    2.1.1 电沉积基本原理  32-35
    2.1.2 锡、银的电沉积过程  35-39
    2.1.3 电镀装置与工艺  39
    2.1.4 电流效率的测定  39-40
  2.2 纯锡层制备工艺及优化  40-49
    2.2.1 电解液体系选择  40-41
    2.2.3 工艺与优化  41-49
  2.3 纯银层制备工艺及其优化  49-57
    2.3.1 电解液体系选择  49-53
    2.3.2 工艺与优化  53-57
  2.4 本章小结  57-58
  参考文献  58-60
第三章锡/银镀层合金化及凸点制备初探  60-88
  3.1 实验方法与原理  61-66
    3.1.1 锡/银镀层合金化工艺  61
    3.1.2 界面分析样品制备  61-62
    3.1.3 熔点的测定  62
    3.1.4 XRD 测试  62-63
    3.1.5 芯片的设计与制作  63-65
    3.1.6 凸点制备装置与工艺  65-66
  3.2 锡/银镀层合金化  66-68
  3.3 合金化过程中的界面反应  68-76
    3.3.1 Cu/Sn/Ag  68-74
    3.3.2 Cu/Ag/Sn  74-76
  3.4 凸点制备工艺初探  76-84
    3.4.1 纯锡凸点制备工艺  76-80
    3.4.2 锡/银合金凸点制备工艺  80-81
    3.4.3 凸点回流工艺  81-84
  3.5 本章小节  84-85
  参考文献  85-88
第四章全文总结及研究展望  88-90
  4.1 全文总结  88-89
  4.2 研究展望  89-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  91-94

分步电镀法Sn-Ag合金凸点的制备及工艺优化

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