在今天的电子设备中,有一种永不停息的动力来提高性能, 他们在, 移动, 消费者, 汽车或工业应用. 作为领先的表面处理解决方案提供商, 提供化学, 设备, 和服务, 梅高美集团正在开发满足这些需求的解决方案.

扇出晶圆级封装(FOWLP)是为了实现更高的性能和功能而开发的, 增加可靠性, 在更小的形式因素中实现更高层次的集成, 与现有的包装技术相比,所有这些都旨在大幅降低成本.

近年来,“线和空间”的要求变得越来越具有挑战性, 特别是在可靠性和可扩展性方面. 通过我们专门的研究项目, 阿托科技已经开发了应对这些挑战的流程, 因此,可以将扩展扩展到更小的特性大小.

细RDL线的断裂机理

在即将到来的FOWLP设计中, 铜RDL线的力学性能变得越来越重要, 对于递减的维度尤其如此. 在热负荷, 在从模具到成型树脂的过渡阶段,由于各自材料的热膨胀系数(CTE)的不匹配,在RDL线上施加了显著的应力.

无花果. 1: FOWLP的示意图. 红色的线条突出显示
高应力区域对热负荷有影响.

热载荷作用下的应力可能导致RDL铜的开裂. 在每个温度周期中, CTE失配导致重复塑性变形,并最终导致塑性变形, 铜的裂纹. RDL的失效被观察为脆性, 晶间断裂, 由于杂质在晶界的偏析导致脆性的发生. 这种脆化沿晶界被观察到的样品,相对高的杂质水平和小的晶粒, 与层厚相比. 一旦晶粒尺寸接近层的大小, 检测到从脆性到延性行为的转变. 此外, 退火过程中晶粒尺寸的变化与杂质的掺入有关.

除了脆化, 在退火过程中杂质对晶界的偏析导致了该区域空洞的积累(图2). 2,对吧). 使用电解质1沉积铜可获得中等杂质水平, 其中包含一个普通的均衡添加剂. 相比之下,高纯度铜镀层没有空洞和大晶粒(图3). 2,左). 后者由电解液2沉积获得.

无花果. 2:铜矿床示意图
退火时低杂质水平(左)和高杂质水平(右).

因此, 假设对于大晶粒的纯铜矿床,小尺寸的RDL结构的可靠性最高. 两者的粒径和纯度都是通过有机添加剂的共沉积来确定的.

在接下来的文章中, 我们通过控制杂质水平作为适当分子设计的功能来影响薄RDL铜结构的可靠性的方法将被详细解释.

对薄RDL线电沉积铜可靠性的附加影响

铜镀层的杂质含量是控制细螺距RDL线可靠性和力学性能的关键参数. 有机添加剂的共沉积可能导致金属层内的杂质. 有机添加剂通常以聚合物为基础,由官能团组成, 哪些改变了铜的沉积机理. 已知共沉积是通过Cu(I)-加速-匀强复合物发生的. 正确的分子设计可能有助于避免这种复杂的形成,并应导致显著高纯度的沉积物, 但需要深入了解有机电镀添加剂的各种功能基团的作用. 表面增强拉曼光谱(SERS)已被证明是一种适合于研究添加剂在电镀条件下的操作方式的技术.

拉曼强度随外加电位的变化而变化(图1). 3). 乐队在大约. 270cm -1表示Cu-Cl-拉伸模式. 这种模式的强度随电势的增加而增加. 如果普通匀平剂被表面限制的氯吸附, 预计也会出现类似的潜在依赖趋势. 一种常用矫直机添加剂的相关C-H拉伸模式, 由官能团A组成, 在氯化物的情况下,也会在相同的电位范围内发生变化. 图中给出了归一化拉曼峰强度作为氯离子和具有官能团a的平衡器应用电位的函数. 3. 这种比较清楚地揭示了吸附氯离子的信号强度与普通匀强仪的相关性. 因此, 官能团A允许吸附在氯化物覆盖的铜表面, 但它们也有利于平衡基复合物的吸附, 从而, 促进研究.

无花果. 3:背景校正,归一化强度
的Cu-Cl-(黑色)和C-H(红色)
官能团A)阳极拉伸模式
扫描.

减弱均匀基络合物的吸附作用,可以提高铜矿床的纯度. 这种弱化可以通过具有适当设计的官能团B的矫直机来实现, 哪些不与表面限制的氯相互作用. Cu-Cl-拉伸模式的峰值位置可以作为矫直器与表面相互作用的指标.

无花果. 4比较有无由不同官能团组成的矫直器时Cu-Cl-拉伸峰的位置. 具有功能群的平衡器:导致峰值显著移动的结果, B .具有功能组的矫直器, 哪些被设计成对表面受限的氯表现出弱相互作用, 没有或非常微弱的转变.

无花果. 4: Cu-Cl-拉伸模式的峰值位置
在没有平衡器(黑色)和有
具有A(蓝色)官能团和A
专用功能组矫直机B(红色).

此外,还可通过氯离子在铜表面吸附, 矫直剂与加速剂之间的相互作用是形成Cu(I)-矫直剂-加速剂配合物的关键. 这种相互作用可以通过仔细检查c - s磺酸盐拉伸模式的促进剂,在没有和存在的匀强剂添加剂使用SERS. 添加一种常用的匀强剂会导致峰值的显著移动. 另一方面, 加速器与由C官能团组成的专门设计的矫直器的组合显示没有峰移, 这表明弱相互作用.

官能团, 这阻止了复合物的形成, 也可以用加速器将整平机从表面部分移开. 已知加速剂吸附在铜表面,与氯形成共吸附层. 在这种情况下,具有A官能团的匀平剂可能会与氯和促进剂相互作用. 一个标, 它含有一定量的官能团C,会被加速器部分置换吗. 这种效应可以用电化学电位瞬态实验来研究. 这些实验监测在铜沉积过程中注入有机添加剂时电位的变化. 无花果. 5展示了这样一个实验,从一个无添加剂的电解质开始(处女化妆液,VMS). 时间1, 一个标, 含有一定量的官能团C, 被添加并导致过度电位的发展(转向更多的负电位). 随后在时间2注入加速器,可以观察到过电位的下降. 这种恢复表明矫直机从地面发生了部分位移.

无花果. 5:在-10 mA cm-2和1000 rpm注入矫直器时的瞬态电位, 它包含官能团C, 在250 s(时间1)和500 s(时间2)的加速器到VMS (50 g L-1铜离子, 50g L-1硫酸, 和50 PPM的氯).

本节讨论的所有实验都可以确定设计矫直剂的适当官能团, 哪个目标生产纯铜矿.

铜矿床杂质及显微组织分析

动态二次离子质谱法(DSIMS)测定铜镀层中的杂质.

用电解质2制备的铜镀层的硫纯度比用电解质1制备的铜镀层高得多. 电解质2包含一个专门设计的矫直器, 而电解质1包含一个普通的水平仪. 由于硫杂质的存在,导致了铜在热负荷后的脆化和空洞的形成, 假设这类杂质会直接影响RDL的可靠性. 用电解质2制备的镀层几乎与无添加剂VMS制备的镀层一样纯净.

无花果. 6描述了用电解质2获得的镀层的微观结构. 符合第二节纯度和微观结构的要求, 3µm RDL线的横截面显示晶粒尺寸与线本身相似.

无花果. 6:由聚焦离子束制备的电解液2经3 nm RDL线沉积的截面扫描电子显微镜图像(左)和晶界TEM图像(右).

结论

通过将FOWLP中RDL铜线的尺寸减小到, 甚至超过5µm, 由于封装材料的不同性能所产生的机械应力,可能会导致可靠性问题, 即不同CTE. 在热负荷时,这种应力可能会导致RDL的铜导线失效.

破坏机制是沿RDL线的晶界断裂, 可能是由于硫和氯杂质引起的脆化, 退火过程中哪些晶界偏析, 导致伴随的空隙堆积. 因此, 改进的可靠性亚5 μ m铜线有望用于高纯度和大晶粒的沉积, 这两者都可能在很大程度上受到电镀添加剂的影响.

具有适当官能团的聚合物基矫直器的复杂设计允许对沉积物的性能进行微调, 如何解决FOWLP中即将到来的RDL结构日益增长的可靠性需求. 这些官能团的选择需要深入了解这些官能团对铜沉积机理的影响, SERS和电化学被证明为这种选择提供了很好的指导.

一种基于矫平机的镀铜工艺, 根据本文所推导出的准则进行综合, 在纯度方面表现出优异的性能,是制备亚5 μ m细螺距RDL结构的理想候选材料.

作者

Dr. 拉尔夫-施密特-车队经理R&D半导体

Thomas Beck -半导体全球产品总监