[发明专利]CU线接合器件组件中的AL接合焊盘腐蚀的机制调查和预防

说明书

尤其是在诸如汽车环境的严苛条件下，铜(Cu)线接合组件中的具有“泥裂”外观的铝(Al)接合焊盘上的严重腐蚀可能是关键的故障模式。这种腐蚀可能与诸如氯离子(Cl^‑)的污染物的存在相关联。然而，确切的腐蚀激活机制仍然不清楚并且因此无法实现有效的防腐蚀。利用新颖的浸没腐蚀筛查计量作为原位表征工具来建立与Cu线接合器件直接相关的腐蚀机制。随着这种对Al接合焊盘腐蚀机制的理解的提高，已朝着开发有效的防腐蚀策略以提高和确保整体封装可靠性方面取得了显著性进展。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月26日提交的且标题为“MECHANISTIC INVESTIGATION ANDPREVENTION OF AL BOND PAD CORROSION IN CU WIRE-BONDED DEVICE ASSEMBLY”的美国临时专利申请No.62/511,863的优先权和权益，所述专利申请的公开内容在此以引用的方式整体并入。

技术领域

本公开大体上涉及双金属器件，且更具体地说涉及用于减少包括铜和铝的双金属器件的腐蚀的技术。

背景技术

铜(Cu)已由于其较高的电导率、较低的成本和较好的机械强度而迅速取代金(Au)成为微电子封装中的优选的线接合材料，这导致焊盘尺寸和焊盘间距减小。然而，需要最小化腐蚀相关的故障以确保封装可靠性。具体地说，铝(Al)接合焊盘特别易于腐蚀而具有特有的“泥裂”外观。尤其在诸如汽车环境的严苛条件下，这种腐蚀可能是Cu线接合组件的严重的故障模式。可穿戴电子器件的新兴趋势也施加新的更严格的封装可靠性要求来确保预防在全地形不停止使用条件下受汗水/泥浆/雨水腐蚀。另外，到非铅SAC(Sn-Ag-Cu)焊料的最近转变需要使用较强的助焊剂(2-3％)和较高的回流温度(～260℃)，这可能留下助焊剂残留物和离子污染以引起腐蚀。尽管这种类型的Al接合焊盘腐蚀经常与诸如卤化物(Cl^-、Br^-、F^-)的污染物的存在相关联，但是基本腐蚀机制仍然不清楚并且因此无法实现有效的防腐蚀。

发明内容

本公开提供了提高封装可靠性并减少Cu线接合的Al接合焊盘的卤化物诱发的腐蚀机制的防腐蚀策略。先前的防腐蚀策略集中于来自高压釜测试之后的故障的线接合器件的像CU₉Al₄、CuAl和CuAl₂的金属间化合物的界面层。然而，通过对活性腐蚀进展的仔细监视而最好地揭示腐蚀易损性的真实原因。在本公开的方面，提出新颖的浸没腐蚀筛查计量作为原位表征工具，与SEM、光学显微镜和其他表征技术结合来建立与Cu线接合器件直接相关的腐蚀机制。公开的浸没腐蚀筛查可以看作加速极端湿气应力测试。在恰当地模制的封装中，模具化合物/晶粒界面处的吸收的水和离子杂质的程度将不太严重。

通过实时地监视活性腐蚀，可以观察到表面AlO_x枝晶形成/生长和活性氢(H₂)气析出。在一些方面，根据本公开的方面的浸没腐蚀筛查已认识到H₂析出在从Al接合焊盘提取电子以推动腐蚀循环中扮演关键角色。这些观察提供机制洞察，之后形成被配置为消除该H₂析出半反应的新的腐蚀抑制策略。在一些方面，腐蚀抑制策略可以施加选定的表面处理来大大地提高H⁺/H₂阴极反应的激活能垒。对由本公开的方面提出的腐蚀抑制策略的测试已证实表面处理对于消除具有未模制的Cu线接合组件的酸性氯化物测试溶液中的严重的Al焊盘泥裂腐蚀非常有效。已证明根据本公开的方面的新的表面处理在175℃左右的温度下退火之后展现良好的防腐蚀性。在一些方面，可以在制造兼容的线接合和模制组装线中的预模制步骤处施加选定的表面涂层。