сотрудник
Брянск, Брянская область, Россия
сотрудник
Брянск, Брянская область, Россия
УДК 621.396.6 Радиоэлектронная аппаратура. Схемы
УДК 621.791.16 Сварка ультразвуком (ультразвуковая сварка)
ББК 342 Металловедение
Рассмотрены типичные причины деградации микросварных биметаллических соединений бинарной системы алюминий – золото. Данные типы соединений часто применяются в производстве полупроводниковых изделий (ППИ) и интегральных микросхем (ИМ). Деградация соединений, проявляющаяся при отбраковочных испытаниях или в процессе эксплуатации изделий, приводит к появлению отказов, что резко снижает надежность радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В основе большинства деградационных процессов лежат явления диффузии, которые преимущественно определяются температурой, химическим составом и микроструктурой металлов и сплавов. Примесные элементы, входящие в состав золотого покрытия, оказывают существенное влияние на деградацию проволочных соединений «контактные площадки кристалла – траверсы выводов корпуса» ППИ. В этой связи представляется интересным проанализировать влияние различных примесей на процессы диффузии и изменение микроструктуры покрытия для выявления наиболее опасных химических элементов и определения их роли в механизмах деградации соединений. В статье представлен обзорный анализ литературных данных по теме исследования. В заключении обобщены результаты работ в области анализа влияния примесных элементов на деградацию соединений в системе Al – Au, сделаны выводы о решающей роли зернограничной диффузии на механизмы деградации микросварных биметаллических соединений.
золотое покрытие, примесь, алюминиевая проволока, эффект Киркендалла, деградация, отказ, надежность
1. Горлов, М.И. Геронтология кремниевых интегральных микросхем / М.И. Горлов, В.А. Емельянов, А.В. Строгонов, Отв. ред. Б.И. Казуров. М.: Наука, 2004. 240 с.
2. Сборка 3D-изделий с использованием проволочных выводов / В.В. Зенин, А.А. Стоянов, С.В. Петров, С.Ю. Чистяков // Микроэлектроника. 2014. Т. 43, № 1. С. 29-42.
3. Ефимов, И.Е. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. М.: Высш. шк., 1986. 464 с.
4. Чернышев, А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем / А.А. Чернышев. М.: Радио и связь, 1988. 256 с.
5. Ahmad, S.S. Au/Al Wire Bond Interface Resistance Degradation Rate Simulations / Syed Sajid Ahmad, Scott C. Smith // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 2019. Vol. 19, №. 4, December. pp. 774-781.
6. Физическое металловедение: В 3-х т. / Под ред. Кана Р.У., Хаазена П. / Т. 2: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1987. 624 с.
7. Хмыль, А.А. Гальванические покрытия в изделиях электроники / А.А. Хмыль, В.Л. Ланин, В.А. Емельянов. Минск: Интегралполиграф, 2017. -453 с.
8. Горлов, М.И. Физические основы надежности интегральных схем / М.И. Горлов, Н.С. Данилин. М.: МАКС Пресс, 2008. 404 с.
9. Исследование прочности и долговечности проволочных микросварных соединений алюминий-золото при изготовлении микромеханических датчиков / А.В. Старцева, А.С. Ковалев, В.Ю. Бобов, Д.Р. Гаглоев // Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением», 2014. С. 395-400.
10. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов / Ю.Р. Колобов, Р.З. Валиев, Г.П. Грабовецкая и др. Новосибирск: Наука, 2001. 232 с.
11. Horsting, C., Purple Plague and Gold Purity / C. Horsting; 10th Annual Proc. IRPS, Las Vegas, Nevada, April 5-7, 1972. pp. 155-158.
12. Harman, George G. Wire Bonding in Microelectronics / George G. Harman; Third Edition. McGraw Hill Professional, 2010. 426 p.
13. Зенин, В.В. Конструктивно-технологические аспекты сборки полупроводниковых изделий: Учеб. пособие. / В.В. Зенин, А.В. Рягузов. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т. 2005. 353 с.
14. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М. Л. Шлутера. - М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. 1985. 240 с.
15. Гамбург, Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению / Ю.Д. Гамбург. М.: Техносфера, 2006. 216 с.
16. Materials for Advanced Packaging / Editors: Daniel Lu, C.P. Wong. Springer, 2017. 969 p.
17. Evans, K.L. Investigation of the Effect of Thallium on Gold/Aluminum Wire Bond Reliability / K.L. Evans, T.T. Guthrie and R.G. Hays // Proc. ISTFA, Los Angeles, California, 1984. pp. 1 10.
18. Okumara, K. Degradation of Bonding Strength (Al Wire-Au Film) by Kirkandall Voids / K. Okumara // Electrochem. Soc. 1981. Vol. 128. pp. 571-575.
19. James, H. K. Resolution of the Gold Wire Grain Growth Failure Mechanism in Plastic Encapsulated Microelectronic Devices / H. K. James / IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. CHMT-3, № 3, September, 1980. pp. 370-374.
20. Advanced Wirebond Interconnection Technology / K. Prasad Shankara. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow: Kluwer Academic Publishers, 2004. 668 p.
21. Thermal Stress and Strain in Microelectronics Packaging / Edited by John H. Lau. New York: Van Nostrand Reinhold, 2012. 884 p.
22. Коренман, И.М. Аналитическая химия таллия / И.М. Коренман. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1960. 172 с.
23. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. 992 с.
24. Endicott, D.W. Effects of Gold-Plating Additives on Semiconductor Wire Bonding / D.W. Endicott, H.K. James and F. Nobel // Plating and Surface Finishing. 1981. Vol. 68, №11. pp. 58-61.
25. United States Patent US3833487A C25D3/48 Electrolytic soft gold plating : 1972-12-22 Application filed by Bell Telephone Laboratories Inc; 1972-12-22 Priority to US00317600A; 1974-09-03 Application granted; 1974-09-03 Publication of US3833487A; 1991-09-03 Anticipated expiration; Status Expired - Lifetime.
26. United States Patent US3423295A C25D3/48 Gold plating : 1966-02-23 Application filed by Engelhard Industries Inc; 1969-01-21 Application granted; 1969-01-21Publication of US3423295A; 1981-12-14 Assigned to Engelhard Corporation; 1986-01-21 Anticipated expiration; Status Expired - Lifetime.
27. Dimitrijević, S. Non-Cyanide Electrolytes for Gold Plating - A Review / Silvana Dimitrijević, M. Rajčić-Vujasinović, V. Trujić // International Journal of Electrochemical Science. 2013. № 8. pp. 6620-6646.
28. Modern Electroplating / Edited by Mordechay Schlesinger and Milan Paunovic. Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2010. 729 p.
29. Вячеславов, П.М. Гальванотехника благородных и редких металлов / П.М. Вячеславов, С.Я. Грилехес, Г.К. Буркат, Е.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1970. 248 с.
30. Murcko, R.M. Resistance Drift in Aluminum to Gold Ultrasonic Wire Bonds /Robert M. Murcko, Robin A. Susko, and John M. Lauffer // IEEE Transactions on components, hybrids, and manufacturing technology. 1991. Vol. 14, №. 4. pp. 843-847.
31. Electroless Ni/Pd/Au plating for semiconductor package substrates - effect of gold plating combinations on gold wire bonding reliability / Yoshinori Ejiri, Takehisa Sakurai, Yoshinori Arayama, Yoshiaki Tsubomatsu, Shuuichi Hatakeyama // Electronics Packaging Society Journal. 2014. Vol. 17, № 4. pp. 297-306.
32. Микросварные соединения золотой проволоки с Cu-Ni металлизацией кристаллов полупроводниковых изделий / А.И. Землянский, А.Е. Бормонтов, С.В. Родивилов, Д.И. Бокарев, В.В. Зенин // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. - 2018. - № 3. - С. 22 - 30.
33. Influences of Electroless Nickel Film Conditions on Electroless Au/Pd/Ni Wire Bondability / Ikuhiro Kato, Tomohito Kato, Hajime Terashima, Hideto Watanabe, and Hideo Honma // Transactions of The Japan Institute of Electronics Packaging. 2010. Vol. 3, № 1. pp. 78-85.
34. Grain boundary diffusivity of Ni in Au thin films and the associated degradation in electrical contact resistance due to surface oxide film formation / N. Argibay, M.T. Brumbach, М.Т. Dugger and Р.G. Kotula // Journal of Applied Physics. 2013. Vol. 113. № 114906.
35. Future and Technical Considerations of Gold Wirebonding in Semiconductor Packaging - A Technical Review / Chong Leong Gan, Francis Classe, Bak Lee Chan, Uda Hashim // Microelectronics International. 2014. Vol. 31/2. pp. 121-128.
36. Comparison and Mechanism of Electromigration Reliability Between Cu Wire and Au Wire Bonding in Molding State / Yahong Du, Li-Yin Gao, Daquan Yu, Zhi-Quan Liu // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - Published online: 06 Januarx 2020. https://doi.org/10.1007/s10854-019-02840-6
37. Handbook of Semiconductor Interconnection Technology / Edited by Geraldine C. Schwartz & Kris V. Srikrishnan. - Boca Raton; London; New York: Taylor & Francis Group, 2006. 520 p.
38. Dini, J.W. Influence of Codeposited Impurities on Thermocompression Bonding of Electroplated Gold / J.W. Dini and H.R. Johnson // Proc. ISHM Symposium, Los Angeles, CA, October. 1979. pp. 89-95.
39. Panousis, N.T. Bonding Degradation in the Tantalum Nitride-Chromium-Gold Metallization System / N.T. Panousis and H.R. Bonham // IEEE 11 th Annual Proceedings Reliability Physics. 1973. p. 21.
40. Corcoran Y.L. Grain Boundary Diffusion Layers on Silicon and Growth of Titanium Silicide / Yunji L. Corcoran, Alexander H. King // Journal of Electronic Materials. 1990. Vol. 19, № 11. pp. 89-95.
41. Thompson, R.J. Bondability Problems Associated with the Ti-Pt-Au Metallization of Hybrid Microwave Thin Film Circuits / Robert J. Thompson, Donald R. Cropper, and Bradley W. Whitaker // IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology. - 1981. - Vol. CHMT-4, № 4. - pp. 439 - 445.
42. Сидняев, Н. И. Обзор исследований физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных РЛС / Н.И. Сидняев // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2 (24). С. 4-52.
43. Wakahayashi, S. Effects of Grain Refiners in Gold Deposits on Aluminum Wire-Bond Reliability / S. Wakahayashi, A. Murata, and N. Wakobauashi // Plating and Surface Finishing. 1982. № 8. pp. 63-68.
