Termoszonikus arany huzalkötések mechanikai és anyagszerkezeti vizsgálata

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Illyefalvi-Vitéz Zsolt
Elektronikai Technológia Tanszék

Termoszonikus arany huzalkötések mechanikai és anyagszerkezeti vizsgálata

Multichip modulokban, szenzorokat is alkalmazó többfunkciós áramkörökben, hibrid moduláramkörökben a tokozatlan félvezető chipek és a hordozó, illetve a hordozó és a tok kivezetései közötti összeköttetést gyakran termoszonikus mikrohuzalkötésekkel valósítják meg. Nagy megbízhatóságú termoszonikus arany mikrohuzalkötéseket csak bondolásra alkalmas, tiszta felületekre lehet készíteni, ezért a kötési felületeket különböző rétegstruktúrából felépített bevonatokkal látják el. Munkám során a réz vezetékhez újabban elterjedőben lévő ENEPIG (Electroless Nickel – Electroless Palladium – Immersion Gold, azaz áram nélküli nikkel – áram nélküli palládium – immerziós arany) felületi fémezést vizsgáltam. Kétféle réteget hasonlítottam össze, célkitűzésem egy vastag és egy vékony aranyréteget tartalmazó, kivágással készült réz lemezre (terminál, pin) felvitt ENEPIG szerkezet rétegvastagságainak a megállapítása mellett a felületek bondolhatóságának vizsgálata, összehasonlítása volt. Munkám ipari érdekeltsége kétségtelen, összeszerelői oldalról nézve a vastag aranyréteggel fedett felületeket váltaná fel a vékonyabb aranyréteggel fedett, ennek köszönhetően olcsóbb alapanyag.

A rétegvastagságok meghatározására többféle módszert alkalmaztam, a különböző megközelítésekkel kapott eredmények között ellentmondást nem tapasztaltam. Elmondható, hogy a keresztmetszeti csiszolatokon készített elemtérképes vizsgálatok, és a vonalmenti elemanalízis mellett, az EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometry) módszeren alapuló mérés és rétegvastagság-számítás viszonylag pontos vastagságértékeket szolgáltat. Pontosabb értékeket további meggondolásokkal, feltételezések, és közelítések részletesebb körbejárásával számíthatunk. Az Alpha Step-pel végzett vizsgálattal és a nagy nagyítású optikai mikroszkóppal a felület, különösképpen a réz mag makroérdességéről kaptam képet. A körülbelül 1 μm vastag ENEPIG réteg nem egyenlíti ki a feltehetően a hengerlésből származó, néhány μm széles és ugyanilyen magas, párhuzamos bordákat. Ez az érdes felület nem kedvez a mikrohuzalkötésnek. Egy ilyen érdes profilra kötött ékes kötés minősége rosszabb lehet, mivel eleve kis felületen érintkezik a felülettel. Az egyenetlenségek negatívan befolyásolják a biztos tapadást. Viszont a gyártásban alkalmazott, ékes kötéshez mikrohuzalból előzetesen letett, úgynevezett „under bump” megfelelően „kipárnázza” a pin felületét, így az ékes kötés nem az ENEPIG réteggel kerül kapcsolatba, hanem a vastag arany bump-pal. A bump geometriai paraméterei széles skálán mozoghatnak, egyetlen elvárás vele szemben a biztos tapadás. Ez nagyobb nyomással, nagyobb ultrahang teljesítménnyel és hosszabb idővel készített kötéssel biztosítható. Így tehát az „under bump” alkalmazásával egy huzalkötés szempontjából kedvezőtlenebb felület is használható lesz golyós-ékes kötés kialakítására.

A kötések jóságát a mechanikai szilárdság jellemzi, melyet általában a kötés letoló erő mérésével határozzuk meg. A megbízhatóságot élettartam vizsgálatokkal, például hőciklus teszttel jellemezzük. Hőciklus teszten átesett mintáknál letoló erő növekedést tapasztaltunk. Ez az atomerő-mikroszkóppal készített felvételek alapján azzal magyarázható, hogy a hőciklusok hatására az arany bediffundál a palládiumba és a felület kisimul, ami az aranyhuzal és a palládium réteg közötti mechanikailag szilárdabb kötéshez vezethet. Vizsgálataim és a szakirodalom-kutatás egybehangzóan azt mutatták, hogy az olcsóbb, vékony arany réteggel fedett felületek az iparban alkalmazott kötésjavító megoldások (pl. under bump) mellett kiválthatják a drágább, vastag aranyréteggel fedett felületeket.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.