【深度】电子元器件电极表面状态对互连焊接可靠性的影响

2019-02-26 16:58

一、从可靠性的角度出发

现代各类电子元器件引脚（电极）所用基体金属材料及其特性，以及在基体金属上所可能采取的各种抗腐蚀性及可焊性保护涂层材料的焊接性能，涂层在储存过程中发生的物理、化学反应，涂层的成分、致密性、光亮度、杂质含量等对焊接可靠性的影响，从而优选出抗氧化能力、可焊性、防腐蚀性最好的涂层，以及获得该涂层的最佳工艺条件，是确保焊接互连可靠性的重要因素之一。在现代电子产品中已普遍实现IC、LSI、VLSI化，对其所使用的电极材料越来越重视。例如，材料的电阻率、热膨胀系数、高温下的机械强度、材质和形状等都必须要细致地考虑。对现代电子工业用的引脚（电极）材料的基本要求是：●导电性和导热性要好；●热膨胀系数要小；●机械强度要大；●拉伸和冲裁等加工性能要好。目前普遍使用的引脚材料可分为Fe-Ni基合金和Cu基合金两大类。

二、电子元器件引脚用材料对焊接可靠性的影响

1.Fe-Ni基合金

1）特征及应用范围Fe-Ni基合金系中的科瓦合金等品牌，当初是作为玻璃封装用的合金而开发的。其热膨胀曲线与IC芯片的Si是近似的，如图1所示。而且还可将其作为Au-Si系焊接的焊材进行直接焊接。因此，在MOS系列器件中普遍采用它作为引脚材料。Fe-Ni基合金系的代表性合金是42合金，由于它机械强度大，热膨胀系数小，故广泛用做陶瓷封装芯片的电极材料。

电子元器件电极表面状态对互连焊接可靠性的影响

图1

2）常用品牌成分及其特性主要Fe-Ni基合金的特性如表1所示。

表1

电子元器件电极表面状态对互连焊接可靠性的影响

由于本合金系存在着磁性及电阻率大的特点，故作为引脚材料是其不足之处。因此它专用于功率消耗比较小，产生热量比较少的MOS类IC器件。

2.铜基合金

当电子电路进入到大集成化、高密度组装化阶段，发生在其引脚上的电阻热已成为不可忽视的问题。因此，广泛采用导热性、导电性好及在高温下机械性能也好的新的Cu基合金替代Fe-Ni基合金，来满足元器件引脚材料的发展要求，已成为电子元器件业界所关注的问题。由于Cu基合金系导电性和导热性均好，散热性也不错，而且与42合金相比价格上也有优势，故广泛应用于塑料封装芯片中。

3.Cu包不锈钢引脚材料

为了能同时满足机械强度和散热性的目的，在日本正在开发以不锈钢（SUS430系）作为芯材，再在其两面按10/80/10的比例镀无氧铜的金属包层的新的引线框材料。

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