在凸点金属化过程中通过电沉积法制备高纯度纳米晶铜：抑制柯肯达尔空洞以提高焊点可靠性

《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》：Electrodeposition of high-purity nanocrystalline cu under bump metallization: Suppressing Kirkendall voids to enhance solder joint reliability

抑制铜柱状生长电镀工艺通过磷酸盐络合增强极化抑制Kirkendall空洞，纳米晶粒结构优化提升焊点可靠性

　　

施晨|毛元新|罗家东|王晓伟|梁家宇|乔园园|赵宁

大连工业大学材料科学与工程学院，中国大连116024

摘要

在电子封装过程中，凸点下铜（UBM）主要通过电镀工艺制备。通常会在电镀电解液中添加复合表面活性剂，以实现表面的平整化和较大的铜晶粒尺寸。然而，这些表面活性剂容易残留在电镀层中，从而促进柯肯达尔空洞（KVs）的形成，严重影响焊点的可靠性。本研究采用焦磷酸盐络合电镀工艺制备了高纯度纳米晶（NC）铜，有效抑制了柯肯达尔空洞的生成。焦磷酸根离子（P₂O₇^4?）与Cu²⁺之间的强络合作用提高了阴极极化，促进了纳米晶的逐步形成。无表面活性剂的电解液减少了杂质的引入。均匀的纳米级晶粒使得电镀表面光滑，而焊接过程中的晶粒生长降低了晶界密度。这种高纯度且晶界较少的电镀层即使在150°C下老化1000小时后，也能有效抑制柯肯达尔空洞的产生，为提升先进封装应用中的微互连性能提供了可靠的解决方案。