A Study on Chlorination and Electrical Current Induced Failure Mechanism of Fine Au/Pd-Coated Cu wires

摘要

近年來，在金價持續上漲的影響下，電子封裝產業逐漸以銅基與銀基導線作為替代金導線的材料。銀線易與環境中的氧、硫、氯反應，造成濕氣腐蝕。此外，銀線易在界面形成過厚且硬脆的Ag2Al與Ag3Al等介金屬化合物，除了增加阻抗外，硬脆性也會造成接合可靠度下降。同時，銀線經過長時間使用會有嚴重的電遷移問題，導致電阻提高與機械性質劣化，甚至斷裂。本研究以銅基導線為主要材料，並將鍍鈀銅線表面電鍍一層厚度約10 nm的金薄層，製成18 μm電鍍金鈀層銅導線 (Au/Pd-Coated Cu wires APCC wire)以有效增加銅線抗腐蝕性及改善銅線易氧化缺點，並藉由氯化與通電循環試驗，探討線材在實際應用中的可靠度問題，同時以三種不同晶粒徑之線材，探討晶粒尺寸在試驗中之效應，並分析其劣化機制。 氯化試驗方面，APCC導線會在長時間氯化後於表面生成細微孔洞，機械性質方面，由於表面孔洞會造成拉伸強度與延性下降，最終導致線材發生脆性破裂；電性方面，則因氯化僅於表面生成細小孔洞，故對電子之主要通路影響不大，並無明顯電阻上升。在銲點部份，第一銲點在較短的氯化時間便會從接合面處剝落，主要機制是氯離子侵蝕鋁墊，並露出底部矽基板。 通電循環試驗部份，在不同循環次數下，導線表面會產生氧化銅丘；隨著次數增加，氧化銅丘會成長為氧化銅層，並全面性包覆銅線材；最終氧化銅層上會長出奈米銅線並與線材剝離。同時，導線晶粒受通電所誘發之焦耳熱效應影響，隨著循環次數增加而逐漸上升，線徑也因銅原子擴散至表面產生氧化而逐漸縮小。當晶粒成長至線徑大小時，由於該位置強度較低，造成線材因通電循環所產生的疲勞效應而斷裂失效。APCC導線由於鍍層作用，確能有效提高線材的抗氯化能力，並針對線材與銲點進行解析，了解其氯化後之劣化機制；通電循環部份則解析不同循環次數下，微觀組織的演變與失效機制，相關成果可提供線材封裝應用製程參考。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Fei-Yi Hung (Supervisor)