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铜合金引线框架由于其具有高的导热、导电、焊点可靠性及价格低廉等优点,已经在集成电路封装中得到了广泛的应用。但是在集成电路封装的传递模塑、芯片键合、引线键合等过程中,铜合金引线框架容易氧化,可能降低其与环氧模塑料之间的粘接强度,使之在再流焊过程中,由于低的粘接强度在引线框架和环氧模塑料界面出现分层,甚至出现爆米花等失效,因此有必要对铜引线框架的氧化情况及其与环氧模塑料的粘接力进行研究。本论文对电子封装用Cu框架表面在175℃下进行热处理,对处理前后的框架表面进行XPS、XRD和SEM等多种分析测试,确定Cu引线框架表面的氧化物的成分,对比测试环氧模塑料与处理不同时间的框架的粘接力,研究影响引线框架和EMC的内表面结合强度的因素,并对破坏断面进行对比分析,以揭示EMC与引线框架界面以及封装体系失效的可能机制。
主要得出如下一些结论:
1)在全面分析电子封装的可靠性及影响可靠性的因素基础上,提出提高电子封装可靠性的对策。
2)XPS分析揭示了热处理0分钟,3分钟和6分钟后,铜框架表面主要由氢氧化铜和氧化亚铜组成;氢氧化铜随热处理时间的延长而逐渐减少;在热处理0.5小时后,出现了氧化铜。
3)表面能在热处理的前3分钟逐渐增加,随即减少,并维持一定的水平;表面能小于44 mN/m时,粘接力处于较低水平,当表面能大于44 mN/m时,环氧模塑料对框架的粘接力随表面能增大而显著提高。
4)未处理的铜框架表面有在湿空气中产生的氢氧化铜,构成粘合的薄弱层而严重影响环氧模塑料对铜框架的粘接力,经短时间3-5 min处理除去氢氧化铜达到最高粘合强度即粘接力峰值;而随着处理时间进一步延长,高温下铜氧化生成氧化铜,导致环氧模塑料对铜框架的粘接力又下降。
5)对于环氧模塑料和铜框架的粘接,氢氧化铜和氧化铜是影响粘结强度的主要因素。失效途径主要依赖于成型前引线框架的表面状态,当表面有氢氧化铜存在时,失效主要在氢氧化铜与铜的界面;当表面氧化出现氧化铜时,失效主要发生在模塑料与氧化铜界面,这种氧化铜薄弱层的形成正是封装生产工艺条件下影响粘接力进而导致封装失效的主要原因。