近年來,隨著黃金價(jià)格的上漲和電子器件趨于小型化和多功能化,迫切需要向低成本和高密度封裝發(fā)展。目前,Ag表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和良好的力學(xué)性能,已發(fā)展成為除Cu絲外的另一種替代Au絲的基礎(chǔ)材料。純Ag絲本身強(qiáng)度較低,在高速鍵合條件下存在易斷線和硫化等缺點(diǎn),通過多元合金化是改善上述問題的有效途徑。然而,Ag鍵合絲實(shí)際使用中與Al、Cu、Au焊盤存在異質(zhì)界面問題,關(guān)于合金元素對界面性質(zhì)的影響有工作者通過實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行了研究,但由于實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)的限制和界面觀測的復(fù)雜性,合金元素在微觀上對界面性質(zhì)影響的認(rèn)識仍是尚待解決的問題。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,通過對界面畸變程度、分離功、界面能和電子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的計(jì)算,分析了11種合金元素（Au、Cu、Pd、Be、Mg、Al、Ca、Ni、Ti、Sn、In）摻雜在Ag中對Ag/（Al、Cu、Au）界面性質(zhì)的影響,從原子尺度討論了合金元素的作用機(jī)制,為實(shí)際應(yīng)用中Ag鍵合絲合金化元素選擇提供參考。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.計(jì)算了Ag、Al、Cu、Au低組數(shù)晶面的表面能,結(jié)果表明所有金屬的表面能均滿足:σ_（111）

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

引線鍵合技術(shù)

/Al金屬間化合物（如圖1.2），使得鍵合處電阻急劇增大，導(dǎo)致器件使用性能惡化；同時(shí)，由于這些金屬間化合物性能的差異，會在鍵合接頭部位形成可見的柯肯德爾空洞（KirkendallVoid），使鍵合處產(chǎn)生空腔或形成微裂紋萌發(fā)區(qū)，嚴(yán)重時(shí)會使焊點(diǎn)脫鍵[6]。其次，金絲的耐熱性差，高溫鍵合過程會導(dǎo)致引線強(qiáng)度降低；而且，金的再結(jié)晶溫度低（150℃），因此在球焊過程中，焊球附近的金絲由于受熱而形成晶粒粗大再結(jié)晶組織造成頸部強(qiáng)度減低，嚴(yán)重時(shí)會造成頸部變形或斷裂。最后，由于近年來黃金價(jià)格的上漲，導(dǎo)致采用Au絲封裝成本過高。圖1.2Au-Al金屬間化合物1.2.2鍵合銅絲近年來隨著Au價(jià)格的增加，Au鍵合絲在市場上的占比逐年降低，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2012到2017年，Au絲市場占比已由58%下降到32%[13，34]。而Cu絲由于具有價(jià)格便宜，剛性好，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，適用于超細(xì)間距引線鍵合等優(yōu)點(diǎn)，2017年

1緒論7的深入研究。1.3.1鍵合界面微結(jié)構(gòu)李軍輝[48]通過SEM與EDS技術(shù)研究了Al/A1，Au/Al和Au/Ag超聲鍵合界面形貌，結(jié)果表明：鍵合界面接頭形狀特征類似一個(gè)中央未結(jié)合的橢圓（如圖1.3），鍵合中心未實(shí)現(xiàn)鍵合，鍵合邊緣形成大量脊皺產(chǎn)生鍵合。在對Ag鍵合絲與Cu鍵合絲的鍵合界面研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的鍵合形貌[49-51]。出現(xiàn)此類形貌特征的原因有：(1)超聲能量作用使鍵合絲發(fā)生軟化，同時(shí)提供的鍵合壓力使鍵合絲產(chǎn)生變形，而鍵合界面邊緣區(qū)域的鍵合絲發(fā)生了最為嚴(yán)重的擠壓變形，儲存變形能最多，因此鍵合界面邊緣位置首先實(shí)現(xiàn)結(jié)合[52]。(2)鍵合中心首先與焊盤接觸，導(dǎo)致該處應(yīng)力最集中，不易發(fā)生塑性流動(dòng)，在鍵合絲和焊盤表面形成的氧化物難以去除，阻礙了中心區(qū)域的結(jié)合[53]。鍵合界面的脊皺區(qū)提供了界面鍵合的強(qiáng)度，該區(qū)域越大表明界面的有效連接面積越大，通常鍵合強(qiáng)度也越高。分析界面微結(jié)構(gòu)與鍵合強(qiáng)度的關(guān)系，可以反映界面鍵合接頭的可靠性，對于提升引線鍵合質(zhì)量具有很大的實(shí)際意義。圖1.3鍵合界面接頭形貌[48]1.3.2界面化合物演變行為由于Al作為焊盤材料表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能和工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，如：良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、與Si基板有良好的粘附性、鍵合強(qiáng)度高、便于沉積和光刻等[54]，因此應(yīng)用較廣泛。除此之外，Au表現(xiàn)出化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、Cu具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和抗電遷移能力，因此在高密度封裝制造和高頻器件引線互連系統(tǒng)也會采用這兩種材料作為焊盤[55-56]。鍵合絲在鍵合過程或服役過程中會形成金屬間化合物(IMC)，適量的IMC能保證鍵合界面的接合強(qiáng)度。但從IMC物理性能來講，它是一種脆硬相，導(dǎo)電性和機(jī)械性能差，過量的IMC會削弱界面的鍵合強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，影響電子器件的使用性能和壽命，因此關(guān)于界面化合物的演變行為引起了廣泛的關(guān)注。根?


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