《鍍金體系Ni-P合金基體腐蝕機制與微互連可靠性關係研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉海萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鍍金體系Ni-P合金基體腐蝕機制與微互連可靠性關係研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉海萍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
化學鍍鎳/置換鍍金(ENIG)組合鍍層存在的偶發性焊接失效是制約該技術在微電子產品表面套用的瓶頸問題。鍍金時鎳磷合金基體的腐蝕是焊接失效的重要原因，但常規方法很難直接研究鍍金時鎳磷基體的腐蝕情況。在前期較深入研究的基礎上，本項目設計耐腐蝕性能不同的鎳磷鍍層和腐蝕能力不同的置換鍍金液，通過電化學掃描探針顯微鏡、掃描電化學顯微鏡和現場表面增強拉曼光譜原位線上與電化學阻抗譜等電化學測試技術相結合，並用SEM、XRD、XRF等非線上的表面分析方法相輔助，研究置換鍍金時鎳磷合金基體的腐蝕機制，探討ENIG鍍層在微電子互連時的焊接特性，研究鎳磷合金的腐蝕與焊接可靠性間的本質關係。為預防焊接失效，完善ENIG技術及提高ENIG鍍層性能提供理論指導。課題的實施將明確置換鍍金時鎳磷合金基體的腐蝕機理，建立腐蝕-焊接失效的可靠性模型，有利於提升電化學與微電子領域的交叉學科理論水平。
結題摘要
化學鍍鎳/置換鍍金(ENIG)組合鍍層存在的偶發性焊接失效是制約該技術在微電子產品表面套用的瓶頸問題。鍍金時鎳磷合金基體的腐蝕是焊接失效的重要原因，但常規方法很難直接研究鍍金時鎳磷基體的腐蝕情況。本項目研究了鎳磷合金的腐蝕與焊接可靠性間的本質關係，明確了置換鍍金時鎳磷合金基體的腐蝕機理，建立了腐蝕-焊接失效的可靠性模型。 本項目以亞硫酸金鈉為金源，以亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉為配位劑，在鎳磷基體表面進行置換鍍金反應。設計了耐腐蝕性能不同的鎳磷鍍層和腐蝕能力不同的置換鍍金液，研究了置換鍍金過程中鎳磷合金基體的腐蝕特徵及其對焊接性能的影響。綜合採用XRF、SEM、XRD及潤濕角測試等方法並結合原位開路電位法系統研究了ENIG、化學鍍鎳/化學鍍金（ENEG）及化學鍍鎳/化學鍍鈀/置換鍍金（ENEPIG）的沉積過程。開發了化學鍍鎳/化學鍍鈀/置換鍍金（ENEPIG）工藝，以減輕鍍金時鎳磷基體的腐蝕，從而減少後續焊接失效的發生。 結果表明鎳磷基體磷含量越高，其耐腐蝕能力越好，焊接後鍍層斷面組成相差不大，鍍金層的耐蝕性也隨著磷含量的增加而增強。鍍金液溫度為80℃時，金層外觀良好，焊接效果最好。鍍金液pH為6、7時金層外觀較好，焊接效果良好；pH為8和9時，存在鍍速低的問題。加入六次甲基四胺、苯駢三氮唑和聚乙烯亞胺後能減緩鎳層的腐蝕，它們可以通過吸附作用降低鍍金初期的速率，而不影響其後期速率。 通過對比不同配位劑對化學鍍金過程中鍍金層及鍍金液性能的影響，最佳化的工藝參數為：亞硫酸金鈉2 g/L；亞硫酸鈉25.2 g/L；硫代硫酸鈉15.8 g/L；檸檬酸三銨 3 g/L；硫脲2 g/L；溫度80 ˚C；pH=7。發現ENEG的平衡電位最正，到達平衡電位的時間最短，鍍金速率最快；三種工藝的鍍金層表面均呈瘤狀，且ENEG的鍍金層相對緻密；此外，三種工藝所對應的Ni-P層呈非晶態結構，ENEPIG鍍層中Pd-P層也呈非晶態；ENEPIG鍍層具有高耐蝕性、低孔隙率。綜合對比三種鍍層，ENEPIG鍍層性能更加優越。
