卿姗姗戮黝姗姗姗姗姗姗姗馨,电子元件中的金一新的研究。二,、二。二、、。、。、、。、姗二珊氰二。电气电子工程师协会电子元件会议设立了专题讨论会对于现代电子元件的墓本状,,、、。况元件与材料特性连接与制造工艺等各个方面进行了讨论年月一日,、在圣地亚哥会议上有一论题进行了反复讨论其注意力都集中于金在连接器熔焊和钎,,。。焊互连中的耐磨损性能本文重点介绍这方面的成果、金具有很高的电导率耐蚀性能和机人们对探索代金材料尤其对较便宜的,。械性能金例如,一起应用。贵金属一把产生了浓厚的兴趣然而,,绝大多数情况下用不同于金的其他材料,,电镀的接触件的接触性能如电导率滑,在电子元件中可以更有效地应用通过较小数量的金与其它金属仍能具有同样的功能但经验,,。金难以被全部取代连接器。动疲劳寿命及耐蚀性等都降低了但若,用金与其他廉价材料复合电镀的接触件,仍可保留用纯金电镀的接触件的大部分性表明,。连接器的接触件历来用金和金合金一能会上有几篇文章介绍了实现此目标的。。如加钻一电镀为了降低成本这个前提,途径一吸水量为仍取产气量即气体流量为每班小时分子筛吸附水量为分取分子筛的堆积重度为应需分筛体积厂分公斤公斤升。则,小时,。二升上述氮气脱水工作流程的安排是能,够达到含水量低于的纯氮输出的,’且在产气量小于小时采用硅胶一,分子筛串联直接吸附法来干燥气体比用,。。‘二卫“公斤取分子筛的吸附容量为重量为只。则需分子筛,八,。,,。、匕—的富裕量则需分子筛,,、、,少一夕。气了增加。其它方法来千燥气体要较为经济些弓卜二。俄亥俄州哥伦布市贝尔实验室的确保了良好的耐磨性如果金表面层界线、、夏玛斯普鲁勒斯和明显的话那末金存在的实际深度比其它,“”在嵌复材料的特性鉴定一文中巴德,,。表面层的厚度要深得多把接触件材料嵌工,。‘的扩散金’讨论了被称为把和在薄金属板上的镶条抽内再冲压成形,,。材料它们分别嵌有把和指使嵌复物恰好位于功能面上这样贵金属,。重量百分比下同,合金是用表层金厚度,的利用就特别充分贝尔系统电话装置中。大约占把基体厚度的的材料制作的在嵌复过程中包括为了得到预期的最终,的一定类型的连接器的接触件上用的是、厚度而进行的连续滚轧加热以及基片的可分离连接器的接触件可以用先镀,。,回火等金与底层金属之间互相扩散从,,而得到扩散浓度梯度如图所示浓,,度梯度是通过备有画喷涂线装置的俄歇表把再镀一层薄金来代替较厚的金涂复本川崎富土通有限公司的,呈,与日在。面分析而得到样品的名义厚度的为微米,清除了表面污染物以后的表面层成“”连接器用把金滑动接触件的特性一文中介绍在微米厚的把镀层上再镀,”连接器用把金滑动接触件的特性一文微米厚的把镀层上再镀了,原文误印为。纳米深处的金份为微米原文误印为微米厚的金这种复合镀层的性能与,广泛使用在带状电缆连接器上镀标准为。这种新产品最显著的部。合金相比较在相对,。的百分比为在于,同微米厚的金镀层作丁比较用镍作基底试验是破坏性的,,两者均包括插拔、、、湿度高的环境中其对氯化腐蚀的放感性,寿命评价振动与冲击高温加热恒定。、、潮湿老化热冲击盐雾腐蚀以及载电负荷明显地降低了该新产品的表面硬度。下的老化等等大部分试验程序参照美军咬核度月。标准此外将插合的接触件分别暴露于相,峨初肠。止竺二对湿度很高的与气体环境中进行腐蚀发现大多数情况,,下新接触件涂复复合镀层与标准金涂复孤闲出华以刘度轰蕊。、、一、、接触件等效虽然复合镀层接触件的拔出力稍微高一些但耐磨性较占优势耐磨,性是通过测定底层裸露面积以及基片随后。的插拔周期来确定的作者们推断出用,镍基底先镀把再镀层薄金将是用于电子,。连接器的接触件的良好镀层、口口劫叨翻彼盯钟峨言又嵌复按触材料扩故金肠农厚一深厚侧图。插合的把接触件由于外部振动温度分布曲线原厚度为。林的表层金己扩散到的底层在表层的。波动和其他原因而出现微小的相对运动金浓度为在。协深处的金浓。,微振磨损时容易形成摩擦聚合物一旦,。。度为试样总厚度为卜环境中的气态有机污染物被吸附到接触件’公斤毫米负荷为克时用努氏方,表面并在腐蚀过程中聚合则这种污染加,,。测得与不含金的把一银合金相同这就用把或含把量高的合金制作的,重因此,接触件不够良好而金连接器接触件在这,触件与配对的接触件之间的接触电阻在,。样的环境中并不会变坏因为金几乎是完,微振磨损过程中是能够避免其过高的首。全阻止聚合物形成的由于把己被提出作先与把接触件配对的应是聚合物生成很,、、低或无聚合物生成的金属例如金银或,金银含量达到把的三分之一左右的合金为连接器接触件材料那么确定能否找到,抑制聚合物形成的相对应的接触件金属是。非常有意义的俄亥俄州哥伦布市贝尔实第二个条件是配合接触件应比较软这样,,“在电接触件的磨损验室的就能使金属朝把方向较移最后如果相应,”把与其他金属配合的研究一文中用模,拟接触件磨损的实验设备对这个问题作了材料是镀在会生成聚合物的基体金属或基片上的一层薄金那么该镀金层的厚度相,。在实验室中用宽度为毫米,克的负荷进行。,次的磨擦试根据磨损轨迹的宽度的微小增量就,研究的验,对的应足够厚才能满足承受连接器整个,。使用寿命期间的磨损消耗图示出了这些发现的实例图中把与把配对的材料一,。一可以确定其接触电阻被试接触件一个是金钻电镀层和富金合金一的性能作了比。另一个贝是比较样品实验发现接触电阻可能是稳定的,。较厚度为完全磨损前把微米的金涂复曲线在其接触电阻的稳定性是全把,,。可能会很快上升到高值也可能会缓慢增,接触件的倍镀金层更厚的曲线。加到中值后或者稳定下来或者是在磨,,则其接触电阻稳定性更好同理重量百,。损出现后接触电阻上升产生这些变化过程是由于材料交界面有外膜生成的结,一的合金材料厚的,接触电阻稳定性比薄的曲线分比为曲线。要好得多含金材料的重要性在于能将金向对应的把接触件迁移从而变该系统,果分而外膜的形成则与接触对的金属成,以及微振磨损过程中有金属转移有,,。不同金属接触对之间交界面的成分,关指接触系统为纯金或金合金该合金的,。从产生微振磨损开始一直到两接触面的,结构是一种混合物而不是聚合物。成份完全相同达到平衡状态为止把接,熔焊互连直径为毫米左右的细金丝熔焊橄侣翻赴钾是混合式集成电路中用得最多的。连接技术熔焊通常利用声热来实现即,。利用超声提供热能将金丝压到温度已升到℃左右的导电通路上然后用一自,动工具在几十毫秒内将金丝压成球形熔焊。于电路表面一个好的熔点应是熔点强,度约等于金丝的抗拉强度而且在元件寿,月在与金钻硬金电积物和包复材料配对的固体把的微振磨损期间接触,图。命期内不明显衰减这种电路可以经受长。电阻上升的实例金向把迁移从而将该,系统转变成只有论定接触电阻的全金系期的周期性热循环的高温作用并能长期,。统当金忿还渐泊耗时谈触电阻上升,,。暴露于高湿环境实验室试验用来评价。,金层越厚接触件厚命就越长,焊接可变因素和评价电路材料时也要考,。虑上述因素用铜墓厚膜毯片代替昂贵得多的贵金属非常有意义,不过必须弄清它该如何用它与金丝熔炸的可靠性又如,的金相检验和射线探测铜浓度分布的资料证明在℃以上温度长期老化后有,金属间化合物存在和金属间的扩散但微,孔率的升高没有其他焊接研究中所观察到。、的那么快铜的晶粒尺寸铜内杂质的存在以及其他因素对扩散激活能和金丝焊接的。何德拉瓦州维明顷市的只工。长期性质量都有影响因此金丝可以焊,股份公司的和“。。接到铜厚膜上而且在苛刻条件下使用也,研究金丝与铜导体的”。声热熔焊他们用化丝网印刷到介质上。很可靠康涅狄格州纽黑文市奥林公司的微米厚的铜熔然后在氮气中烧,。、结熔焊金丝应在金丝与厚膜金导体熔焊菲斯特勃雷克狄斯和文特在题为。“时常用的条件范围内样品焊接温度在无镀层的金属丝与金丝引线的焊”接一文中介绍了金丝声热焊接到铜基,夕包内暴露围一娜分钟,一。。其抗拉强度差别不大样品在℃以下材料上的另一研究即作者们对用厚膜材。焊接要困难些匕铜的缎手随着温度和存放时间的增加而加剧因此对它与金丝的焊,料来减少导线系统中贵金属的利用率感兴趣他们研究了与无镀层的半硬态结构合,。。另一重要的发现是在开始,,接没有影响金,,。、烧结时铜厚膜上的生成物成分未鉴定的直接焊接表面光洁度清洁度,。估计是非金属对焊接也没有影响金丝和可清除的保护层可用来估计引线系统的。与铜厚膜焊接后于一℃的空气贮存寿命工业用焊接件在℃温度级,。。,中老化小时℃时降低三接头强度稍有降低但继续老化到,使用接头强度通过拉力试验来确定合金的清洗程序是先用溶剂除油,。。小时就不再进一步变化了老化初期接,再在稀硫酸中浸泡片刻焊前的搁置贮存。点强度的降低是由于金丝退火所至然试验通过在办公室环境中老化天来等。试验发现效模拟时间不超过秒件下通常暴露,而在高温下延长老化时间接头强度会,,出现降低在℃贮存小时或在℃贮存则接头抗拉强度平小时,℃下暴露如果在在同样温度和设备条,秒左右那未用,。均降低三分之一接头在℃开始出现合金焊接的接头强度百分比与接头性能均。一。自然脱焊℃一十℃的热循环相当于用镀金引线材料焊接的那些接头。对接头强度无影响作者们用铜与金间的金相结构一如。,次,若温度低于℃就不会令人满意,面粗糙的基片比光滑的基片更难焊接表因、。和一的观点对这为清洗并不能将污染物彻底清除千净用。些结果作了讨论铜的扩散比金快而延,长高温下的存放时间就可能产生气孔或孔隙导致金一铜接头强度,于防锈的涂复用来延长从清洗到焊接之,间存放的时间比如甲基三哇是一种磷,酸浓缩品即是一种通过蒸发过程来达到,一。降低前人的工作表明℃以下没有防腐蚀的材料其降低焊接效果的作用与,,。。显著的扩散和气孔产生老化样品界面上无防护层的样品相当作者们断定金丝,。内在℃时,把涂金层全部耗尽金一铝金属间化合物可且可发现在空穴形,,可以焊接到无镀层的铜基引线系统材料上不过焊前基体材料表面要彻底清洗,,。成以前庸蚀就已深入到底层金属,贮存时间要短并要严格遵循所推荐的焊,。接工艺进行焊接金丝一铝导体和铝丝一金导体的熔焊这些变化的实际结论是欣防止空穴形成,表面温度对于一给定就有一个不,‘。都被应用于半导体器件中众所周知,℃一℃的正常工作温度下使用过程。应超出的最大金层厚度厚金层在℃老化这可通过微米小时后仍能保。中接头会老化老化后电阻率升高接持牢固这一实验证明是正确的空穴离原,,。头强度降低甚至会发生自动脱焊,由于在交界面附近形成空穴而发生的界面的距离随温度的升高而增大例如,,在℃时空穴在原接头界面到铝丝约,这是而,。空穴则由于两种金属间互相扩散的速率不微米以下处出现要排除空穴形成的、同形成脆性的金一铝间化合物而产生预防措施概括如下将金层减至最低厚,。。℃度以及象前人研究所肯定的那样用,,,的早年在以上进行的研究并未指、。把铂和银等杂质元素配制镀层因为焊接出在℃以下实际工作温度下会出现这、、设计工艺温度金属纯度和金层厚度以及工作温度对可靠性都有影响所以应,该用实用材料和实际老化温度进行鉴定试验与此相反加速试验则应在高温下进,。种情况因此使人感兴趣的是确立金一,铝接触件在一定温度范围内老化时的失效。机理新墨西哥州阿布奎基市认国家。实验室的“。在和印金一铝接触件低温空穴的形成行利用声热将论文的第二部分内容是”,。。金丝焊到微米厚的垫片上,℃一铝,一文中研究了金铝接触件系统在,。。、。。℃温度范围内的情况合硅合金片则是粘贴在硅基片上的两种类,在。型的硅片采用两种不同的小片装配方法用环氧树脂粘贴的样品在℃老化,金丝与声焊接时微米厚浓缩敷金铝基片之间作超发现在℃或℃老化,,‘小时以后弓起电阻率和抗拉强度下,比在℃或℃老化时出现的失效要。快得多在时之间以及在,。小时后则完全失效而,即使老化小时降老化约小时后则完全失效,低共熔粘贴的基片即使老化,℃老化℃老化小时一小时一小。也没有本质上的变化用金丝焊接的焊点。小时之间则出现明显变化铝丝焊接的,一在老化过程中也存在类似的质量,扫描式电子显微镜照片说明在℃和,。差别低共熔粘贴的基片结构要好得多,环氧树脂枯贴的样品老化后断面有空穴,℃时由于铝的扩散使焊接点根部上,的铝丝变细而断面的缩小使接头强度降,。而低共熔粘贴的样品内却未发现空穴低强度接点从用环氧树脂粘贴的样品中拉裂以俄歇分析发现在裂面上碳和氯的浓度,。低然而在℃或℃老化以后,,铝丝会与金丝脱开留下一个空穴衰减,,。形式比。℃以上高温时更为严重这些。很高作者们得出的结论是如果在环氧树失效是由于基片上纯金与富金金相之间的。脂固化处理时无污染物质存在那么薄,,空穴引起的金属间化合物渗透到原接头。界面下微米即位于微米厚的金层铝涂层则很容易与金丝焊接而且污染,,物质会加速空穴形成更有可能导宾夕法尼亚州亚林顿市,或者实验室,。致样品被腐蚀业已完成的辅助实验证明玄前经等离子清洗的基片赓陕可消除,,℃时的早期失效这同早年研究的那,“的在镀金薄膜钎料连接”的重要特性一文中描述了引线设计的,。研究和控制焊点强度的材料因素的研究。些结论是一致的锡焊连接薄膜导体具有多层结构,焊到陶瓷基片薄膜上的各种磷青铜引线可以在高达。℃温库中加热引起失效所,需要的力可以在延妹化时间以后通过拉老力试验来测定而焊点界面则可以通过化,表层一般是、、因为金具有高传导性能贵金属性能焊料浸润而且容易实,学分析和金相分析进行勘测表明焊点寿命取决于几个相关因素金属间化合的生成物焊点的几何形状以及时间和温度,,金,易被。现热压焊接由于金在熔化焊料中迅速溶。。等老化条件面图形如图经老化和拉力试验后的横截所示图说明了样品钎焊,解因此要用底涂层图示出了常用混,。合集成电路的导体结构许多应用都是把外面的用夹子夹上去的引线焊到电路上,接头的裂面的形式以及可能形成的复杂的。。金属间的结构脱焊往往出现在金与把一以达到电气连接要求能在℃温度维’锡或金与铜一锡间的金属间化合物的里。。,持四十年之久的起码是,数、面这取决于接头的几何形状可以断定量级的且机械强度高才被认为是良好,。的接头焊接端的拉力试验表明老化前,一般在焊区内出现撕裂而老化后则在,,薄膜导体一钎料或引线一钎料界面处出现理想的端接应具有基片与薄膜端之间的表面要大焊料的体积要大,而且在机,,械设计上要求在对焊接接头施加外力之前。。将引线的形成形部分矫正图制作混合式微电子电路时,插图先熔化氧失效接头强度的降低是由于金属间化合、、物一包括锡与金锡与铜或锡与把的金属间化合物的形成所引起的金属间化合,物的形成取决于薄膜的结构和接头的几何“”化铝基板上的厚厚度大于膜导体的丝网印刷线路然后用,。拼。。焊料将元件连接到电路上普通用的厚膜材料是一种纯金粉同玻璃料和添加剂的混合物用机械联锁和通过在界面形成化合,物这两种方法经过加热将其连结到氧,,化铝基板上。密苏里州堪萨斯市形状圃口田氨口园巍、“在重复加工对全了公司的和从喊”焊接金厚膜的附着力的影响一文中分,析了当含氧化锡的余基导体材料被反复加工时可能引起的失效而反复加工则是在,混合式微电子电路的制作过程中当去掉和。更换不合格元件时出现氧化锡与氧化铝。常用混合集成电路的薄膜结构在陶瓷。基片上镀了若干层金属但表层是金对于这种用途金是一种理想材料因为,,金具有高的传导性能和耐蚀性而且容,图。形成一种坚固的尖晶石通过失效电路。易实现热压焊接焊接方法简易,

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