在集成電路封裝可靠性研究中，鹵素元素（氯、溴）對鋁金屬層的腐蝕已被廣泛認知。然而，封裝材料在高溫下釋放的鹵素化合物，對微尺度互連結構的破壞機制更為復雜。Thomas的研究首次系統(tǒng)揭示了含鹵環(huán)氧樹脂排氣產物對金-鋁鍵合界面金屬間化合物的選擇性腐蝕現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)對高可靠性封裝設計具有重要警示意義。今天就跟隨科準測控小編一起來了解一下。

一、實驗發(fā)現(xiàn)揭示異常失效現(xiàn)象

通過設計對照實驗，Thomas將采用不同環(huán)氧樹脂封裝的TO-18器件分別在150℃、180℃和200℃下進行長達1000小時的老化試驗。關鍵結果顯示：僅在使用含四溴雙酚-A阻燃劑的環(huán)氧樹脂封裝中，在200℃條件下24小時內即發(fā)生大規(guī)模鍵合失效。這一異?？焖俚氖КF(xiàn)象，與常規(guī)熱老化導致的漸進性退化形成鮮明對比。

二、機制分析：界面腐蝕特異性路徑

失效分析表明，腐蝕過程呈現(xiàn)明確的路徑特異性：腐蝕目標的專一性：鹵素排氣產物僅攻擊金-鋁界面處形成的金屬間化合物相，而鍵合區(qū)外的鋁焊盤保持完好；微觀結構的異常轉變：正常均勻致密的金屬間化合物轉變?yōu)槠瑢訝罱Y構（如下圖所示）。該結構具有典型的兩相特征，與共晶/共析組織類似，但完全不同于正常金屬間化合物的生長模式；失效機制的明確性：腐蝕從金屬間化合物暴露的側面或缺陷處開始，通過擴散導致化合物分解，形成力學性能極低的片層組織，最終引發(fā)界面分離。

三、對照驗證：材料選擇的決定性影響

通過設置不含環(huán)氧樹脂的對照組，實驗獲得關鍵對照證據：在相同老化條件下，對照組器件形成了強健的鍵合界面和正常的金屬間化合物生長。這一對比直接證明，失效根源并非溫度本身，而是特定材料在高溫下釋放的活性物質。

四、可靠性設計的重要原則

本研究的發(fā)現(xiàn)為高可靠性封裝設計提供了三項關鍵原則：材料兼容性評估必須考慮高溫逸出物：封裝材料的選擇不僅要關注初始性能，更要評估其在工作溫度下可能釋放的活性物質；界面穩(wěn)定性應作為可靠性設計的核心：金屬間化合物作為鍵合界面的薄弱環(huán)節(jié)，其化學穩(wěn)定性需要特別關注；加速老化試驗需包含材料交互作用驗證：可靠性測試方案應能揭示材料間的化學交互效應，而不僅僅是單一應力下的表現(xiàn)。

Thomas的研究系統(tǒng)揭示了封裝材料-互連界面協(xié)同失效的新機制，這一發(fā)現(xiàn)推動了封裝可靠性研究從"材料本身可靠性"向"材料交互作用可靠性"的范式轉變。在此背景下，科準測控的專業(yè)力學檢測設備與測試服務為此類研究提供了關鍵支持。我們通過力學性能測試系統(tǒng)與微納米壓痕技術，能夠對老化后的金屬間化合物界面進行精密力學表征，量化評估鹵素腐蝕導致的界面強度退化。結合高加速老化試驗與微觀力學分析，我們的解決方案可精準識別材料交互作用引發(fā)的早期失效風險，為高端電子器件的可靠性評估提供關鍵數(shù)據支撐。