無氰奈米鍍層精細銀導線顯微組織特性與電熱機制研究

Abstract

近年來，精細銀導線成為電子封裝的重點發展材料之一，其相對於傳 統的打線材料，如金導線、銅導線或鍍鈀銅線等具有更優異的電與熱特性。然而，銀導線與鋁襯墊接合時容易受到環境腐蝕的影響，進而導致接合強度不足。為了改善上述缺點，銀導線系統添加入金與鈀作為合金元素，可大幅提高其抗電遷移特性與接合可靠度。現今的銀基導線發展多集中於銀合金線，然而在銀線中加入鈀與金等合金元素將造成導線的電阻率大幅增加。另一方面，銀線中加入鈀會使得材料變硬脆，進而增加伸線製程的斷線機率與模具耗損。基於此，銀合金線多作為一替代方案於光電產業中使用。 無氰鍍金銀線是一具有奈米級金鍍層的微細導線，該線材可滿足現今 封裝產業之打線要求。與傳統銀導線相比，鍍金銀線具有良好的接合強度並可長時間存放於大氣環境中。然而，目前尚未有研究對此新型線材的抗氧化、抗硫化與接合特性等關鍵因子進行系統性調查，故本研究將針對鍍金銀線的表面特徵、高溫電性、推球失效模式、拉伸破斷機制與介金屬化合物等進行一系列探討與評估。本論文發現退火 550°C 之鍍金銀線具有穩定的微觀組織與良好機械性質。鍍金銀線於時效 175°C/ 500 小時後，金屬球與鋁墊間可觀察到介金屬化合物 Ag 2 Al 與 AuAl 2 生成。另一方面，氧化和硫氣試驗可證實銀線表面的金鍍層可有效提升線材耐蝕性。高溫偏壓耐受性試驗亦顯示鍍金線材在 125°C 的測試環境中可保持與室溫環境同等的電特性。上述結果顯示金鍍層於嚴苛環境中具有保護芯部銀線之作用。 本論文對鍍金銀線做了基礎性評估，並拓展出鍍鈀金層銀線與化鍍金 銀線，比較結果顯示兩款新型線材具有良好的打線操作性與低電阻特性，兩線材皆可應用於先進封裝製程中。

Date of Award	2016 Jul 13
Original language	Chinese
Supervisor	Fei-Yi Hung (Supervisor)