具奈米鍍鋅層精細鋁矽導線之放電成球機制及打線接合可靠度研究

摘要

鋁線由於價格低廉，在過去一直是打線接合的應用線材。鋁線在接合過程中是與鋁膜進行接合，因此其優勢在於不會有介金屬化合物的問題發生，但由於易氧化、高電阻率及低延性，故主要應用於產品附加價值較低的產品。另外，鋁線因為低潤濕性而無法於放電成球過程中形成置中正圓球，而以楔型接合應用，侷限了在封裝產業的發展。本研究使用高強度的20 μm Al-0 5Si合金線為芯線，並鍍上約80及250奈米鋅層形成鍍鋅精細鋁矽線(ZAS80及ZAS250)，以幫助鋁線放電成球。 鋁線表面容易產生高熔點的氧化鋁而不利線材之尾端熔融成球，而熔融鋅具有跟氧化合較低的自由能，因此可降低成球時氧化鋁含量而順利成球。成球外觀方面，藉由比較不同厚度的鋅層，可觀察到ZAS80結球外觀為正圓，從剖面特徵可發現球內部有微氣孔生成。當鋅層厚度提升至250 nm，因反應時間增加，內部氣孔消失，但同時因氧化還原反應激烈，致使球部外觀粗糙。此外，本研究以電子微探儀調查球部與線材元素分佈，發現球部與熱影響區皆不易偵測到鋅，直至距球部中心約100 μm處才能明顯偵測鋅訊號，主要理由是而放電結球過程溫度遠高於鋅沸點，所以球部與熱影響區部位的鋅容易氣化揮發而導致不易偵測其訊號。 透過通電試驗與拉伸測試，顯示當電流愈接近線材熔斷值時，較厚的鋅鍍層ZAS250會有劣化現象，導致無論在電性表現亦或機械性質上皆有明顯衰退，而ZAS80與原材則呈現良好的應用特性。 在第一銲點拉伸測試中，不同鋅層厚度之鋁矽線皆具有良好接合強度，即使ZAS80球內有微氣孔亦不影響接合特性。將第一銲點進行長時間通電試驗後，ZAS80仍有符合標準之強度，顯示其有良好接合性。此外，在試驗前後界面處皆無觀察到IMC生成，因此能減低對接合可靠度的影響。針對打線接合迴路之電性調查，ZAS80迴路電阻低且熔斷電流高。 就第二銲點經熱時效及硫化試驗處理後的表面形貌進行分析，熱時效後原材及ZAS80仍表現良好的接合性；而根據長時間硫化後結果顯示，鍍鋅層也具備抵抗硫的能力。綜觀上述實驗結果，ZAS80為具放電成球性且有較佳電性及可靠度穩定之新型鍍層鋁線材，極具封裝應用潛力。

獎項日期	2016 7月 20
原文	???core.languages.zh_ZH???
監督員	Fei-Yi Hung (Supervisor)