微电子封装中化学镀nip薄膜研究

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1、人迕理I．人学硕士学位论文摘要随着科技的发展，电子产品越来越趋于小型化，电子器件焊点的结构和形态也发生了的巨大变化，组装密度大幅度提高，微电子封装已成为当今电子工业中最重要和最具挑战的技术之一。钎料作为一种连接材料，在微电子封装中，发挥着至关重要的作用，钎料合金与UBM扩散阻挡层之间的界面反应是影响焊点可靠性的关键所在。化学镀Ni—P是一种优异的钎焊阻挡层材料，具有良好的可焊性，近年来在微电子封装工业中得到了广泛的应用。本文通过对铝基表面化学镀Ni．P工艺的研究，选择适合的预处理工艺，以获得适用于微电子封装领域的、性能良好Ni．P镀层，并对施镀工艺条

2、件进行优化，实现工艺参数的可控性，对镀层的可靠性进行检测与评价。在获得性能良好的化学镀Ni—P镀层的基础上，研究化学镀Ni．P与Sn一3．5Ag钎料之间在钎焊和时效过程中的界面反应，以及界面处IMC生长规律，并讨论化学镀Ni．P在钎焊及时效过程中的成分变化。研究结果如下：1．对于铝基表面的镀前预处理，经过对传统高、中、低浓度浸锌溶液的对比，得到组成为氢氧化钠1209／L，氧化锌209／L，酒石酸钾纳209re，三氯化铁29／L，硝酸钠1elL的中浓度浸锌液最适合本研究；通过对比不同浓度HN03和HCl退锌后基体的腐蚀程度与退锌效果，得出当采用浓度为1

3、0％的HN03退锌，操作时间为5'---6s时，即可退去一次浸锌层，对基体的腐蚀程度也最轻；通过对二次浸锌时间的研究，得N--次浸锌30s时，锌颗粒已基本将基体完全覆盖，且锌层呈单层排列。2．通过正交试验的方法对苹果酸．丁二酸体系中化学镀Ni．P镀液成分和pH对镀层成分及镀速的影响的研究得出：施镀温度为90℃，镀液的pH值是影响镀层P含量和镀速的最重要因素，其次是主盐NiSO。和还原剂NaH2P02的浓度，络合剂的浓度改变对镀速和镀层成分的影响较小。对于选定成分的酸性(3．5

4、3．5)逐渐减低至12．6at．％(pH=6．O；而镀速随pH值的增大而增加，但只在其小于5时镀速变化明显，pH=5．0～6．0镀速变化很小，pH=5时镀速达最大值21．Olam／h；主盐NiS04浓度由18e,m增大到28∥L，镀层磷含量由17．2at．％逐渐降低至14at．％，镀速由16．2urn／h逐渐升高到2llam／h后基本不变；还原剂NaH2P02浓度由189／L增大到289in，镀层磷含量由12．9at．％逐渐增大至15．6at．％，镀速由18um／h增至23lam／h，在NaH：2P02浓度为269／L时达最大值。研究所获得的镀液稳定

5、性良好；镀层与基体结合能力较好，镀层为非晶结构。微电子封装巾化’7：镀Ni—P薄膜Ⅳ}究3．通过对磷含量分别为6．5wt．％(11．6at．％)和8．5wt．％(15．0at．％)的两种化学镀Ni—P层与Sn一3．5Ag钎料球在钎焊和时效过程中的界面反应，以及界面处IMC生长规律的研究得到：Sn．3．5Ag与两种磷含量的镀层在250℃钎焊进行钎焊时，润湿角和铺展率均随着钎焊时间的延长而略有减小，但变化很小；Sn．3．5Ag／Ni．P钎焊后界面由钎料到基体依次为Ni3SIl4、Ni．Sn．P、Ni3P、Ni．P、AI；两种Ni．P层，时效后IMC的形态

6、都出现了棒状的特征；不同钎焊时间及两种P含量皆未影响到Sn．3．5Ag／Ni．P界面结构，只是在Ni一8．5wt．％P钎焊30min后原始Ni．P层已完全消耗：钎焊5min焊点时效后，IMC层逐渐增厚并发生剥落。同时界面处Ni—Sn．P层、Ni3P层随时效时间延长逐渐增厚；对于Ni．8．5wt．％P，时效200h后，原始Ni．P层完全消耗。关键词：微电子封装；化学镀Ni．P；界面反应；预处理大连理工大学矮士学位论文StudyoilElectrolessNi—PFilmPlatinginMicroelectronicPackagingAbstractW

7、iththedevelopmentoftechnology，theelectronicproductsaretendingtominiaturization，andthemicrostmctureandmorphologyofsolderingpointsareremarkablychanged．Packingdensityisobviouslyincreasedaswell．Sothemicroelectronicpackinghasbecomeoneofthemostimportantandchallengingtechnologyintheel

8、ectronicindustrynowadays．Asajoiningmaterial，solderspla