Au-Al鍵合可靠性及其失效機(jī)理研究.pdf

1、本文設(shè)計了專用鍵合測試結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用溫度沖擊和高溫貯存等試驗方法對Au-Al鍵合系統(tǒng)在嚴(yán)酷環(huán)境中的失效機(jī)理及其退化規(guī)律展開了研究，主要得到了如下結(jié)論： Au-Al鍵合在溫沖條件下具有較好的抗熱疲勞性能，鍵合拉力在合格范圍內(nèi)，鍵合電阻隨著試驗周期的增加而增大；高溫應(yīng)力導(dǎo)致Au-Al鍵合界面形成電阻率較高的化合物，引起鍵合電性能退化。在150℃和175℃高溫試驗中，Au-Al鍵合電阻隨著存儲時間的增加逐漸增大，在200℃高

2、溫試驗中部分鍵合電阻出現(xiàn)了急劇增大的現(xiàn)象，而Au-Al鍵合電阻在相應(yīng)的高溫試驗中基本不變。Au-Al鍵合點的鍵合強(qiáng)-度會隨著試驗時間的增加而減小，隨著試驗度的升高而降低，而Au-Al外鍵合點的鍵合強(qiáng)度基本保持不變。 對失效樣品進(jìn)行理化性能檢測分析發(fā)現(xiàn)生成了Au<,5>AI<,2>、Au<,4>AI和Au<,2>Al等金屬間化合物和Kerkendall空洞，化合物的形成導(dǎo)致鍵合電阻逐漸增加，空洞的出現(xiàn)會使鍵合電阻急劇增加，鍵合溝的

3、存在使空洞首先在鍵合點外圍形成，提高溫度則可以在Au和富Au相化合物間快速形成Kerkendall空洞。 在系統(tǒng)分析試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對本試驗條件下制備的Au-Al鍵合樣品的失效機(jī)理、壽命退化機(jī)制等進(jìn)行了理論推導(dǎo)與物理建模。分別確立了壽命應(yīng)力模型和電阻模型的模型參數(shù)，發(fā)現(xiàn)本試驗條件下Au-Al金屬間化合物形成的激活能在1.2ev左右，而產(chǎn)生柯肯戴爾空洞的激活能在lev左右。Au-Al鍵合在常溫條件下具有較高的壽命，其退化失效隨著