镀金体系Ni-P合金基体腐蚀机制与微互连可靠性关系研究
批准号:
51301052
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘海萍
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
毕四富、王春雨、白清友、倪祖君
中文摘要
化学镀镍/置换镀金(ENIG)组合镀层存在的偶发性焊接失效是制约该技术在微电子产品表面应用的瓶颈问题。镀金时镍磷合金基体的腐蚀是焊接失效的重要原因,但常规方法很难直接研究镀金时镍磷基体的腐蚀情况。在前期较深入研究的基础上,本项目设计耐腐蚀性能不同的镍磷镀层和腐蚀能力不同的置换镀金液,通过电化学扫描探针显微镜、扫描电化学显微镜和现场表面增强拉曼光谱原位在线与电化学阻抗谱等电化学测试技术相结合,并用SEM、XRD、XRF等非在线的表面分析方法相辅助,研究置换镀金时镍磷合金基体的腐蚀机制,探讨ENIG镀层在微电子互连时的焊接特性,研究镍磷合金的腐蚀与焊接可靠性间的本质关系。为预防焊接失效,完善ENIG技术及提高ENIG镀层性能提供理论指导。课题的实施将明确置换镀金时镍磷合金基体的腐蚀机理,建立腐蚀-焊接失效的可靠性模型,有利于提升电化学与微电子领域的交叉学科理论水平。
英文摘要
The electroless nickel immersion gold (ENIG) process has been used as one of the best finishing methods for microelectronic products. Unfortunately, the usage of ENIG faces the bonding failure problems during the following soldering stage, which restricts the use of ENIG process. The corrosion of nickel-phosphorus (Ni-P) alloy during immersion gold process is the major factor leading to loss of solderability. However, it's difficult to to directly study the corrosion of Ni-P alloy subtrate during immersion gold using the conventional method. The Ni-P alloy with different P content and the immersion gold bath with different corrosion ability are designed on the basis of pre-research in this project. Electrochemical scanning probe microscopy, scanning electrochemical microscopy and surface-enhanced raman spectroscopy measurements are employed to in situ study the immersion gold plating process on electroless Ni-P alloy substrate. In addition, the study will be also performed by measuring the electrochemical impedance in combination with the surface analysis, such as SEM, XRD and XRF. The corrosion mechanism of Ni-P alloy substrate and the solderability of ENIG coating during microelectronic interconnect will be obtained. And then, the nature of the relationship between the corrosion properties and the sollderability can be determined. This will provide theoretical guidance for preventing soldering failure, improving the ENIG technology and the performance of coatings.The implementation of the project will obtain the corrosion mechanism of Ni-P alloy substrate and establish the corrosion-solder joint reliability prediction model, which can enhance the theoretical level in the interdisciplinary area of electrochemistry and microelectronics.
化学镀镍/置换镀金(ENIG)组合镀层存在的偶发性焊接失效是制约该技术在微电子产品表面应用的瓶颈问题。镀金时镍磷合金基体的腐蚀是焊接失效的重要原因,但常规方法很难直接研究镀金时镍磷基体的腐蚀情况。本项目研究了镍磷合金的腐蚀与焊接可靠性间的本质关系,明确了置换镀金时镍磷合金基体的腐蚀机理,建立了腐蚀-焊接失效的可靠性模型。.本项目以亚硫酸金钠为金源,以亚硫酸钠和硫代硫酸钠为配位剂,在镍磷基体表面进行置换镀金反应。设计了耐腐蚀性能不同的镍磷镀层和腐蚀能力不同的置换镀金液,研究了置换镀金过程中镍磷合金基体的腐蚀特征及其对焊接性能的影响。综合采用XRF、SEM、XRD及润湿角测试等方法并结合原位开路电位法系统研究了ENIG、化学镀镍/化学镀金(ENEG)及化学镀镍/化学镀钯/置换镀金(ENEPIG)的沉积过程。开发了化学镀镍/化学镀钯/置换镀金(ENEPIG)工艺,以减轻镀金时镍磷基体的腐蚀,从而减少后续焊接失效的发生。.结果表明镍磷基体磷含量越高,其耐腐蚀能力越好,焊接后镀层断面组成相差不大,镀金层的耐蚀性也随着磷含量的增加而增强。镀金液温度为80℃时,金层外观良好,焊接效果最好。镀金液pH为6、7时金层外观较好,焊接效果良好;pH为8和9时,存在镀速低的问题。加入六次甲基四胺、苯骈三氮唑和聚乙烯亚胺后能减缓镍层的腐蚀,它们可以通过吸附作用降低镀金初期的速率,而不影响其后期速率。.通过对比不同配位剂对化学镀金过程中镀金层及镀金液性能的影响,优化的工艺参数为:亚硫酸金钠2 g/L;亚硫酸钠25.2 g/L;硫代硫酸钠15.8 g/L;柠檬酸三铵 3 g/L;硫脲2 g/L;温度80 ˚C;pH=7。发现ENEG的平衡电位最正,到达平衡电位的时间最短,镀金速率最快;三种工艺的镀金层表面均呈瘤状,且ENEG的镀金层相对致密;此外,三种工艺所对应的Ni-P层呈非晶态结构,ENEPIG镀层中Pd-P层也呈非晶态;ENEPIG镀层具有高耐蚀性、低孔隙率。综合对比三种镀层,ENEPIG镀层性能更加优越。
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DOI:
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发表时间:
2016
期刊:
RSC Advances
影响因子:
3.9
作者:
[Sifu Bi, Mengxue He, Chunyu Wang, Lixin Cao]
通讯作者:
Lixin Cao
DOI:
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发表时间:
--
期刊:
稀有金属材料与工程
影响因子:
--
作者:
[刘海萍, 毕四富, 王春雨, 曹立新]
通讯作者:
曹立新
Effects of pH on the Immersion Gold Process from a Sulfite- Thiosulfate Solution Based on the Electroless Ni-P Alloy Substrate
pH值对基于化学镀镍磷合金基体的亚硫酸盐-硫代硫酸盐溶液浸金工艺的影响
DOI:
--
发表时间:
2015
期刊:
International Journal of Electrochemical Science
影响因子:
1.5
作者:
[刘海萍]
通讯作者:
刘海萍
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