Влияние условий гальванического осаждения никеля на прочность паяного соединения Cu/Ni/Au/AuSn при изготовлении мощных полупроводниковых излучателей
https://doi.org/10.17073/1609-3577j.met202509.654
Аннотация
Исследована зависимость прочности паяного соединения Cu/Ni/Au|AuSn от условий процесса гальванического осаждения барьерного слоя никеля. Показано, что при использовании электролита на основе янтарной кислоты внедрение в осаждаемый слой малорастворимого сукцината никеля может снижать прочность паяного соединения. Ключевым фактором, контролирующим протекание указанного нежелательного процесса, является рН электролита. В данной работе предпринята попытка восстановить взаимосвязь между прочностью паяного соединения и условиями формирования барьерного слоя гальванического Ni. Были представлены графики зависимости усилия отрыва от рН электролита никелирования, изменения рН электролитов в зависимости от количества обрабатываемых деталей, расчетные равновесные концентрации комплексов никеля в электролите, влияющих на качество получаемого покрытия. С помощью метода математического моделирования проведена попытка прогнозирования перераспределения комплексов никеля при корректировании состава и рН электролита различными методами. Были сопоставлены расчеты с полученными на практике результатами прочности. Предложены подходы по снижению влияния отрицательного эффекта сукцината никеля.
Об авторах
А. Н. ПетроваРоссия
ул. Введенского, д. 3, корп. 1, Москва, 117342
Петрова Анна Николаевна — начальник химико-технологической лаборатории
А. И. Данилов
Россия
ул. Введенского, д. 3, корп. 1, Москва, 117342
Данилов Александр Игоревич — начальник лаборатории
А. А. Мармалюк
Россия
ул. Введенского, д. 3, корп. 1, Москва, 117342
Мармалюк Александр Анатольевич — доктор техн. наук, профессор
Список литературы
1. Zeng G., McDonald S., Nogita K. Development of high-temperature solders: Review. Microelectronics Reliability. 2012; 52(7): 1306—1322. https://doi.org/10.1016/j.microel.2012.02.018
2. Ling Z., Ng S.Ch., Li Zh., Fang Sh.N., Nguty T., de Bruin E., Xiao A., Thoonen H. Development of advanced AuSn alloy plating technology for semiconductor application. In: Joint IEEE Inter. symposium on the applications of ferroelectrics, international workshop on acoustic transduction materials and devices & workshop on piezoresponse force microscopy (ISAF/IWATMD/PFM). Chengdu, China. May 2014. https://doi.org/10.1109/ISAF.2014.6917825
3. Diehl R. (ed.). High-power diode lasers: fundamentals, technology, applications. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag; 2000. 408 p. https://doi.org/10.1007/3-540-47853-3
4. Epperlein P.W. Semiconductor laser engineering, reliability, and diagnostics: a practical approach to high power and single mode devices. Chichester: John Wiley & Sons; 2013. 520 p.
5. Глирихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика. Л.: Химия; 1990. 288 с.
6. Wei X.-F., Zhu X.-W, Wang R.-C. Growth behavior and microstructure of intermetallics at interface of AuSn20 solder and metalized-Ni layer. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017; 27(5): 1199—1205. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60139-0
7. Zhu Z.X., Li C.C., Lia L.L., Liu C.K., Kao C.R. Au-Sn bonding material for the assembly of power integrated circuit module. Journal of Alloys and Compounds. 2016; 617: 340—345. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.02.065
8. Курмашев В.И. Эффективные методы воздействия, на процессы электрохимического осаждения и управления свойствами металлических пленок в производстве изделий электронной техники. Известия Академии наук БССР, серия физико-технических наук. 1989; (2): 93—99.
9. Хмыль А.А., Ланин В.Л., Емельянов В.А. Гальванические покрытия в изделиях электроники. Минск: Интегралполиграф; 2017. 475 с.
10. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. М.: Химия; 1979. 352 с.
11. Поветкин В.В., Ковенский И.М. Структура электролитических покрытий. М.: Металлургия; 1989. 135 с.
12. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справ. по применению. М.: Техносфера; 2006. 216 с.
13. Yoon J.-W., Chun H.-S., Jung S.-B. Reliability analysis of Au-Sn flip-chip solder bump fabricated by co-electroplating. Materials Research. 2007; 22(5): 1219—1229. http://dx.doi.org/10.1557/jmr.2007.0145
14. Dong H.Q., Vuorinen V., Liu X.W., Laurila T., Li J., Paulasto-Krokeckel M. Microstructural evolution and mechanical properties of Au-20wt.%Sn|Ni interconnection. Journal of Electronic Materials. 2016; 45(1): 566—575. https://doi.org/10.1007/s11664-015-4152-3
15. Lee B.-S., Ko Y.-H., Bang J.-H., Lee C.-W., Yoo S., Kim J.-K., Yoon J.-W. Interfacial reactions and mechanical strength of Sn–3.0Ag–0.5Cu/Ni/Cu and Au–20Sn/Ni/Cu solder joints for power electronics applications. Microelectronics Reliability. 2017; 71: 119—125. http://dx.doi.org/10.1016/j.microel.2017.03.011
16. Wang J., Wu Y., Chen W., Xie Y. Wetting behavior of eutectic Au–Sn solder on Ni/Au metallization at different temperatures. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2022; 33(4): 1—9. https://doi.org/10.1007/s10854-021-07227-0
17. Wu N., Hu Y., Sun S. Microstructure characterization and interfacial reactions between Au-Sn solder and different back metallization systems of GaAs MMICs. Materials. 2020; 13(6): 1266. https://doi.org/10.3390/mal13061266
18. Седойкин А.А., Цупак Т.Е. Электроосаждение никеля из растворов его солей с дикарбоновыми кислотами. Гальванотехника и обработка поверхности. 2007; 15(4): 10—17.
19. Поперека М.Я. Внутренние напряжения в электролитически осаждаемых металлах. Новосибирск: Зап.-Сиб. книжн. из-во; 1966. 335 с.
20. Евсеев А.М., Николаева Л.С. Математическое моделирование химических равновесий. М.: Изд-во МГУ; 1988. 191 с.
21. McAuley A., Nancollac G.H., Thermodinamics of ion assotiation. Part IX. Some transition-metall succinates. Journal of the Chemical Society (Resumed). 1961: 4458—4463.
22. Campi E. Complexes of metal ions with tartaric, malic, malonic and succinic acids. Annali Di Chimica. 1963; 53: 553.
23. Добош Д. Электрохимические константы. Справ. для электрохимиков. Пер с англ., венг. М.: Мир; 1980. 365 с.
24. Smith R.M., Martel A.E. Critical stability constants. Vol. 4. Inorganic complexes. Springer; 1976. 258 p.
Рецензия
Для цитирования:
Петрова А.Н., Данилов А.И., Мармалюк А.А. Влияние условий гальванического осаждения никеля на прочность паяного соединения Cu/Ni/Au/AuSn при изготовлении мощных полупроводниковых излучателей. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. https://doi.org/10.17073/1609-3577j.met202509.654
For citation:
Petrova A.N., Danilov A.I., Marmalyuk A.A. Effect of nickel electroplating conditions on the strength of Cu/Ni/Au|AuSn solder joints in the fabrication of high-power semiconductor emitters. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. https://doi.org/10.17073/1609-3577j.met202509.654
Послать статью по эл. почте 