電沉積純錫鍍層的錫晶須生長與控制研究.pdf

1、錫晶須是一種具有很高機(jī)械強(qiáng)度的細(xì)絲狀金屬單晶，可隨著時(shí)間的推移在錫鍍層表面形成并緩慢生長，給電子器件造成致命的短路故障甚至釀成災(zāi)難。電子工業(yè)無鉛化過程中，用純錫鍍層替代錫鉛鍍層絕非易事，其中最棘手的問題就是容易引發(fā)錫晶須生長。本文系統(tǒng)研究了純錫鍍層工藝參數(shù)和鍍層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對錫晶須生長的影響。針對錫晶須生長的兩個(gè)關(guān)鍵影響因素分別采取了鍍Ni阻擋層方法和交替電沉積錫鍍層制備非柱狀晶結(jié)構(gòu)的方法對錫晶須生長進(jìn)行抑制，主要研究結(jié)論如下：
　　

2、（1）界面擴(kuò)散形成Sn-Cu金屬間化合物和錫鍍層的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)是影響純錫鍍層錫晶須生長的兩個(gè)關(guān)鍵因素。
　?。?）在55℃/85% RH濕熱存儲8000小時(shí)，C194合金電沉積光亮錫鍍層表面傾向于生長密度較小的錫晶須，而FeNi42合金電沉積光亮錫表面則傾向于生長密度較大的小丘；C194與 FeNi42電沉積亞光錫鍍層表面均傾向于生長錫晶須。
　?。?）純錫鍍層截面微結(jié)構(gòu)分析表明，襯底材料影響錫晶須/小丘生長的主要原因是界面

3、形成的金屬間化合物不同。C194合金鍍光亮錫的界面主要形成層狀Cu6Sn5，而FeNi42合金鍍光亮錫的界面僅形成較少的片狀Ni3Sn4。鍍Ni阻擋層后，界面形成了相同的金屬間化合物 Ni3Sn4，因而有效地抑制了小丘/錫晶須的生長。
　?。?）采用氨基磺酸鎳鍍液電沉積 Ni阻擋層控制錫晶須生長的方法應(yīng)用于IC封裝時(shí)，其后道工藝流程可能引起可靠性問題。Ni阻擋層厚度應(yīng)控制在0.5-1μm之間以保證錫鍍層的機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)有效地抑制

4、錫晶須生長?；亓骱笇﹀a晶須生長有明顯的抑制作用。同時(shí)采用Ni阻擋層和回流焊對錫晶須生長的控制效果最好。
　?。?）交替電沉積電流密度不同的光亮錫或者亞光錫的制備工藝不能形成多層錫結(jié)構(gòu)；但是，交替電沉積光亮錫和亞光錫鍍層可以形成多層錫結(jié)構(gòu)。以亞光錫作為底層交替電沉積多層（三層以上）厚度均勻的光亮錫/亞光錫鍍層可形成非柱狀晶結(jié)構(gòu)。濕熱存儲和冷熱沖擊測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明非柱狀晶結(jié)構(gòu)有利于抑制錫晶須生長。
　?。?）交替電沉積層數(shù)增