[发明专利]一种增强Sn基钎料/Kovar合金互连焊点可靠性的镀层及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种增强Sn基焊料/Kovar钎焊焊点可靠性的镀层及其制备工艺，属于电子封装与互联技术领域。选用表面电镀Ni/Au双镀层的Kovar合金作为基板，本发明是在该合金基板表面电镀一层Cu薄膜，制备表面镀Cu薄膜的Au/Ni/Kovar合金基板。镀层的制备方法：在40℃的水浴条件下，将平整的Kovar合金基板作为电镀阴极，纯铜板作为电镀阳极通入直流电流进行电镀，在阴极表面形成铜镀层。本发明具有工艺流程简单，工艺参数容易控制等优势，电镀Cu工艺有效地提高了Sn基焊料/Kovar合金互连焊点的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种金属表面镀层及其制备方法，具体地说是一种增强Sn基钎料/Kovar合金互连焊点可靠性的镀层及其制备工艺，属于电子封装与互连技术领域。

背景技术

在微电子封装与组装工业中，为了满足人类日益增长的生活需求，电子系统在向多功能化、高性能化、低功率损耗以及体积小等发展。在如今科技进步日新月异的今天，对钎焊焊点的应用越来越多，这是就造成了一个问题，焊点无法满足现在物质生活的要求。许多应用中，单一材料的单一优异性能根本无法满足日益增长的物质需要，这时就提出了一种能结合两种不同的材料特性的方法，分别将它们独特的性能连接结合起来，形成一个同时拥有两种材料优异特性的互连产物，以此满足各个领域对材料性能不同的要求。

Al₂O₃陶瓷因其具有强度高、硬度高、耐高温、抗腐蚀、耐磨以及绝缘性好等优异的特性，在航空、航天、军工、电子领域获得广泛的应用。但是，陶瓷材料固有的硬性和脆性使其难以加工与制造，需要与金属连接起来，实现与金属性能上的互补，以期获得兼具陶瓷和金属各自优异性能的陶瓷-金属复合构件，从而更好地发挥Al₂O₃陶瓷在作为结构材料及电绝缘材料方面的优越性能。由于Kovar合金在20～450℃范围内其热膨胀性与一些高硅硼玻璃和高Al₂O₃陶瓷的热膨胀性比较吻合匹配，将Al₂O₃陶瓷与Kovar合金相互结合，可获得兼具陶瓷和金属各自优异性能的Al₂O₃陶瓷一金属复合构建，这种结合两种材料优异性能的符合构建在电子封装、航空设备和机械工程等领域具有广泛的应用。

之前关于Kovar的研究主要是在研究其与陶瓷板钎焊连接，对于其钎焊焊点界面反应及性能的研究还是略显不足；对于锡基焊料/Kovar焊点界面反应及其力学性能的研究更是极其匮乏。在电子封装领域，为了提高Kovar合金的耐腐蚀性，可焊性及抗氧化性，通常在回流反应之前，对Kovar合金基板进行电镀Ni/Au双层处理。

根据前期实验发现，对比Sn基焊料与Cu基板回流之后形成的焊点的剪切强度，Sn基焊料与Kovar合金回流反应之后焊点的剪切强度极低，约10～20MPa。相较于Sn基焊料与Cu或Ni基板回流之后的焊点界面，在对Sn基钎料/Kovar回流焊点界面进行详细地观察后发现：该焊点界面的Au和Sn形成了非常快速的扩散系统，剧烈的回流反应在焊点界面进行，大量的金属间化合物(比如Au₅Sn，AuSn，AuSn₂和AuSn₄等)在焊点界面及焊料基体中生成。由于金属间化合物的脆性，可以推测过量的金属间化合物在焊点连接界面生成是削弱焊点的力学性能的重要因素。根据以前报道可知：IMC的脆性确实是恶化焊点力学性能的一个重要原因。

发明内容

本发明旨在提供一种作为Sn基钎料/Kovar焊点界面反应阻挡层及保护层的电镀Cu薄膜及其制备工艺，以降低焊料与基板中各种元素之间的扩散速度，抑制焊点界面金属间化合物的过度形成，从而提高其力学性能及可靠性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种增强Sn基钎料/Kovar合金互连焊点可靠性的镀层，选用表面电镀Ni/Au双镀层的Kovar合金作为基板，采用电镀工艺，在其表面电镀一层Cu薄膜。