在微電子封裝芯片互連工藝技術(shù)中，鍵合技術(shù)的演進(jìn)始終圍繞可靠性與成本兩大核心。20世紀(jì)70年代，金（Au）價(jià)格的大幅飆升使得鎳（Ni）涂層開(kāi)始崛起，同時(shí)，粗直徑鋁（Al）線逐漸成為功率器件鍵合的主流選擇。本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將站在力學(xué)檢測(cè)視角，為您解析與Al-Ni鍵合可靠性相關(guān)的工藝控制與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
一、Al-Ni鍵合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與可靠性驗(yàn)證
根據(jù)非公開(kāi)發(fā)表的研究資料及在高溫電子學(xué)領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累，粗直徑（≥75μm）Al金屬引線在Ni鍍層或內(nèi)層上可實(shí)現(xiàn)良好的鍵合，前提是Ni表面不存在氧化物。這一技術(shù)已在功率器件大批量生產(chǎn)中應(yīng)用超過(guò)25年，且未報(bào)告重大可靠性問(wèn)題，這一優(yōu)異表現(xiàn)離不開(kāi)系統(tǒng)的力學(xué)性能測(cè)試。
1.1 鍵合強(qiáng)度測(cè)試：300℃下的穩(wěn)定性驗(yàn)證
研究人員通過(guò)有限熱應(yīng)力試驗(yàn)（300℃，100小時(shí)）對(duì)Al-Ni鍵合界面進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)度評(píng)估。測(cè)試結(jié)果顯示，經(jīng)歷高溫老化后，鍵合點(diǎn)的拉脫力、剪切力等關(guān)鍵指標(biāo)保持穩(wěn)定，證明機(jī)械強(qiáng)度無(wú)退化。而鍵合界面電阻僅增加約1%，證明金屬間化合物生長(zhǎng)并未破壞導(dǎo)電通路，這一試驗(yàn)為Al-Ni鍵合在耐高溫產(chǎn)品（如飛機(jī)渦輪葉片）中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的力學(xué)依據(jù)。
1.2 金屬間化合物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析
Al-Ni相圖雖復(fù)雜，包含多種金屬間相，但該鍵合系統(tǒng)具有難熔特性。從熔點(diǎn)數(shù)據(jù)推算，金屬間化合物相生長(zhǎng)的活化能高于1eV，這意味著：在功率器件常規(guī)工作溫度范圍內(nèi)，金屬間化合物生長(zhǎng)緩慢，不易形成Kirkendall空洞。
AM Al-Ni合金中常見(jiàn)析出相（圖源網(wǎng)絡(luò)）
1.3 電化學(xué)腐蝕傾向?qū)Ρ?/span>
電化學(xué)數(shù)據(jù)顯示，Ni?和Al?反應(yīng)具有負(fù)勢(shì)能，表明Al-Ni鍵合發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性遠(yuǎn)低于Al-Au鍵合。這為器件在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
二、Al-Ni鍵合的主要挑戰(zhàn)：可鍵合性問(wèn)題
與可靠性相比，Al-Ni鍵合在實(shí)際生產(chǎn)中面臨zuida挑戰(zhàn)是可鍵合性，而這正是力學(xué)檢測(cè)在工藝控制中的核心應(yīng)用場(chǎng)景。
2.1 鎳表層氧化影響
鎳表層會(huì)緩慢氧化，形成阻礙鍵合的氧化層，這會(huì)導(dǎo)致鍵合點(diǎn)一致性差，生產(chǎn)效率下降。雖然通過(guò)增加超聲能量可改善輕微氧化鎳表層的可鍵合性，但從力學(xué)檢測(cè)視角看，過(guò)高的超聲能量可能導(dǎo)致芯片損傷或根部疲勞，長(zhǎng)期可靠性難以保證。
2.2 工藝控制要點(diǎn)
針對(duì)可鍵合性問(wèn)題，業(yè)界總結(jié)出以下工藝控制要點(diǎn)，每一項(xiàng)都需要力學(xué)檢測(cè)配合驗(yàn)證。
作為專業(yè)的力學(xué)檢測(cè)與拉力試驗(yàn)機(jī)研發(fā)生產(chǎn)廠家，我們從以下維度為Al-Ni鍵合工藝提供全面的測(cè)試解決方案：
三、解決方案
從Au到Ni的轉(zhuǎn)變，是功率器件封裝技術(shù)演進(jìn)的一個(gè)縮影。Al-Ni鍵合歷經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)的量產(chǎn)證明了其在成本與可靠性之間平衡。而這種可靠性的確認(rèn)，離不開(kāi)力學(xué)檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)支撐——從初始工藝參數(shù)優(yōu)化，到長(zhǎng)期可靠性評(píng)估，再到失效機(jī)理分析，每一環(huán)節(jié)都需要精準(zhǔn)的力學(xué)數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)。
深耕力學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域多年，科準(zhǔn)堅(jiān)信可靠的鍵合源于精準(zhǔn)的檢測(cè)。通過(guò)鍵合強(qiáng)度測(cè)試和工藝參數(shù)優(yōu)化，為Al-Ni鍵合系統(tǒng)提供長(zhǎng)期可靠性評(píng)估。如需了解更多鍵合強(qiáng)度測(cè)試解決方案，或索取相關(guān)技術(shù)資料，歡迎隨時(shí)聯(lián)系我們。我公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)可為您提供免費(fèi)的工藝參數(shù)優(yōu)化咨詢。
