一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法技术

一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，属于电子封装技术领域。所述方法如下：对引线材料及焊盘表面进行超声清洗；将引线材料的端头放置在焊盘表面的中心位置；根据焊盘金属种类，选择与之相匹配的金属电沉积溶液，在焊盘与引线的连接处局域进行电镀加工；调控电沉积电流密度和电镀时间，控制局域电沉积键合接头的形貌，得到预期的键合焊点结构。在引线键合工艺中，使用新型的非金属及复合材料取代传统金属引线材料，可以大幅降低互连电阻，提高电路速度和效率，提高电子器件的可靠性。本方法应用于不同焊盘材料和引线材料的键合工艺中，可进一步提高产品可靠性。整个键合过程流程简单，无需加热，加压和超声辅助。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法
本专利技术属于电子封装
，涉及一种采用非金属或金属复合材料引线的键合结构的制备，具体涉及一种使用局域电化学沉积方法实现引线材料与金属焊盘连接的键合结构的制备方法。
技术介绍
电子芯片及集成电路与外部引线互连多使用引线键合技术，通过热压、超声、热声等方式，实现金属引线与焊盘的连接。传统引线键合工艺中使用的引线材料多为金、铜、铝等金属，随着电子封装技术的不断发展，对于集成度和可靠性的要求日益增加，使用导电性更好的引线材料对降低封装互连电阻，提高封装功率密度有着重要的意义。以碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳材料具有优于金属材料的导电性能，同时以碳纳米管、石墨烯以及其复合材料作为引线材料可以避免/减小传统金属引线在电子器件服役过程中的电迁移问题，进一步提高了电子器件的可靠性。以碳纳米管、石墨烯以及其复合材料作为引线材料无法使用传统的引线键合工艺，可以通过对引线与焊盘连接处进行电镀处理，形成覆盖引线和焊盘部分的金属层，实现新型引线材料的引线键合工艺。由于电镀金属的种类可选择范围较大，可以选择与焊盘同种金属进行电沉积，这样避免了传统金属引线材料种类相对较少，当引线和焊盘金属材料不同时，电子器件使用过程中在键合界面处容易生成金属间化合物，导致一系列的可靠性问题。为此，设计和开发新型的引线键合焊点结构和制备工艺顺应了电子封装技术发展的趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的引线与焊盘连接不可靠的问题，提供一种使用非金属或者复合材料作为引线材料进行引线键合形成接头结构的制备方法。与金属引线材料相比，非金属或复合材料作为引线材料无法使用施加热量、压力和超声的方式实现键合，采用电镀连接的方法，即可实现非金属或复合引线材料与焊盘之间快速选择性互连。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：使用乙醇和丙酮对引线材料及焊盘表面分别进行超声清洗10~20min；步骤二：将引线材料的端头放置在焊盘表面的中心位置；步骤三：根据焊盘金属种类，选择与之相匹配的金属电沉积溶液，在焊盘与引线的连接处局域进行电镀加工；步骤四：调控电沉积电流密度和电镀时间，控制局域电沉积键合接头的形貌，得到预期的键合焊点结构。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：通过使用局域电化学加工的方式，在无热无压无超声的条件下，得到与焊盘金属相同连接层的引线键合焊点结构，整个键合焊点结构可调控。本专利技术可以将高导电非金属和复合材料引入引线键合工艺当中，提高电流效率的同时大大提高电子器件的可靠性。整个键合过程无需加热连接，无热损伤和机械损伤，具有工艺流程简单，键合速度快，适用于各种焊盘材料，具有连接层金属种类选择范围大等优点。附图说明图1为连接层高度低于1/2引线高度的纤维状引线材料接头结构示意图及截面图；图2为连接层高度等于1/2引线高度的纤维状引线材料接头结构示意图及截面图；图3为连接层高度高于1/2引线高度的纤维状引线材料接头结构示意图及截面图；图4为连接层高度高于引线高度的纤维状引线材料接头结构示意图及截面图；图5为使用纤维状引线材料局域电沉积引线键合芯片示意图；图6为连接层高度低于1/2引线高度的箔带状引线材料接头结构示意图及截面图；图7为连接层高度等于1/2引线高度的箔带状引线材料接头结构示意图及截面图；图8为连接层高度高于1/2引线高度的箔带状引线材料接头结构示意图及截面图；图9为连接层高度高于引线高度的箔带状引线材料接头结构示意图及截面图；图10为使用箔带状引线材料局域电沉积引线键合芯片示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：使用乙醇和丙酮对引线材料及焊盘表面分别进行超声清洗10~20min；步骤二：使用微纳操作平台将引线材料的端头放置在焊盘表面的中心位置，保证引线端头与金属焊盘良好接触，完成连接装配；步骤三：根据焊盘金属种类，选择与之相匹配的金属电沉积溶液，在焊盘与引线的连接处局域进行电镀加工；步骤四：调控电沉积电流密度和电镀时间，控制局域电沉积键合接头的形貌，得到预期的键合焊点结构。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，所述方法还包括步骤五：电沉积完成后，对电沉积加工部分，即连接接头进行整体清洗，形成局域电沉积引线键合焊点结构，干燥和测试。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，步骤一中，所选的引线材料为高导电非金属材料或高导电复合材料，所述的高导电非金属材料为碳纳米管及其纤维或者石墨烯及其片层结构；所述的高导电复合材料为碳纳米管、石墨烯表面增强金属引线或石墨烯体相复合金属引线。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，步骤二中，用于连接的两种焊盘为同种金属或不同种金属，所述的金属为金、银、铜、铝、镍或铝合金。具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，步骤三中，进行电镀加工时，电沉积溶液应完全包覆引线端头与焊盘的结合处，电沉积溶液在焊盘表面铺展面积应小于整个焊盘的2/3。具体实施方式六：具体实施方式五所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，使用电镀电源在引线端头与焊盘的结合处进行电沉积加工，形成与焊盘金属种类一致的金属镀层，实现引线与金属焊盘的连接，形成电沉积引线键合接头。具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，步骤四中，所述的电流密度为0.5~5A/dm2，电镀时间为10~600s。具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：步骤四中，焊点结构中连接层金属包覆引线材料的高度为低于引线高度的二分之一、等于引线高度的二分之一、高于引线高度的二分之一但低于引线高度本身和完全包覆引线材料。连接层包覆高度有电镀电流密度和电镀时间控制。具体实施方式九：具体实施方式二所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，所述的整体清洗为使用去离子水清洗两遍后，使用乙醇清洗一遍。具体实施方式十：具体实施方式二所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，对清洗后的焊点结构进行干燥处理，干燥温度为50~120℃，干燥时间为20~300s，随后测试其电互连性能。实施例1：步骤一：选择纤维状或线状引线材料，例如：碳纳米管、碳纳米管纤维、导电碳纤维、石墨烯表面增强金属引线、碳纳米管复合金属引线或石墨烯复合金属引线中的一种作为引线材料。步骤二：对选择的引线材料进行丙酮超声清洗10分钟。步骤三：将引线材料端头放置到金属焊盘，其中两个金属焊盘的组成分别为金属A和金属B，其中金属A为铜，金属B为铝。步骤四：分别使用电沉积铜和电沉积铝的方式在金属A和金属B焊盘表面形成金属连接层，制备引线键合焊点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：使用乙醇和丙酮对引线材料及焊盘表面分别进行超声清洗10~20min；步骤二：将引线材料的端头放置在焊盘表面的中心位置；步骤三：根据焊盘金属种类，选择与之相匹配的金属电沉积溶液，在焊盘与引线的连接处局域进行电镀加工；步骤四：调控电沉积电流密度和电镀时间，控制局域电沉积键合接头的形貌，得到预期的键合焊点结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：使用乙醇和丙酮对引线材料及焊盘表面分别进行超声清洗10~20min；步骤二：将引线材料的端头放置在焊盘表面的中心位置；步骤三：根据焊盘金属种类，选择与之相匹配的金属电沉积溶液，在焊盘与引线的连接处局域进行电镀加工；步骤四：调控电沉积电流密度和电镀时间，控制局域电沉积键合接头的形貌，得到预期的键合焊点结构。2.根据权利要求1所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：所述方法还包括步骤五：电沉积完成后，对电沉积加工部分，即连接接头进行整体清洗，形成局域电沉积引线键合焊点结构，干燥和测试。3.根据权利要求1所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：步骤一中，所选的引线材料为高导电非金属材料或高导电复合材料，所述的高导电非金属材料为碳纳米管及其纤维或者石墨烯及其片层结构；所述的高导电复合材料为碳纳米管、石墨烯表面增强金属引线或石墨烯体相复合金属引线。4.根据权利要求1所述的一种基于局域电沉积的引线键合焊点结构的制备方法，其特征在于：步骤二中，用于连接的两种焊盘为同种金属或不同种金属，所述的金属为金、银、铜、铝、镍或铝合金。5.根据权利要求1所述的一种基于局...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑振，王春青，孔令超，安荣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23