金铝键合的柯肯达尔效应

金铝键合的柯肯达尔效应


柯肯达尔效应最早来源于冶金学，是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷。



封装键合中，不同金属间会形成界面金属间化合物（IMC）。由于不同金属的化学势、晶格常数和热膨胀系数不同，在键合点内产生很大应力，粘附力下降，造成半断线状态，接触电阻增加，最后导致开路失效。以Au-Al界面为例，长期使用或经过高温存储将产生多种金属间化合物，如Au5Al2、Au2Al、Au4Al、AuAl、AuAl2等，不同的金属化合物扩散速度不同，在界面处会出现环形空洞。Au-Al键合处高阻或开路失效后，在电测试中可能会恢复正常，表现出时通时断现象。

除了键合，焊接过程中也会出现柯肯达尔效应，具体表现为，Cu、Sn在Cu3Sn相中的扩散不平衡，导致Kirkendall空洞的形成。Kirkendall空洞与Cu3Sn层的关联性很强，随着Cu3Sn 层的形成而出现，随着Cu3Sn层的减薄而减少或消失，较少出现在Cu6Sn5层中。Cu基板的结构、缺陷和杂质对Kirkendall空洞的影响较明显。Ni可以抑制Cu3Sn的生长，在焊盘上镀Ni可以抑制Cu3Sn的生长，是焊接中控制柯肯达尔效应的一个解决方向。

射频/微波组件金铝键合的需求

在射频微波电路中，不可避免的要出现金铝键合，主要原因是电源及控制类芯片主要是硅芯片，硅芯片表面是铝焊盘，而射频类芯片主要是砷化镓、氮化镓，主要是金焊盘，为了提高集成度，往往需要使用金铝键合。

金铝键合的可靠性评价

金铝间的原子扩散在高温下出现柯肯达尔效应的概率大大增加，在低于150℃时扩散比较慢，机率较小。因此可以利用高温进行可靠性评价。根据《ＱＪＡ２００８５—２０１２宇航用混合集成通用规范》３.６.２ｉ的规定：“如果必须在芯片用到不同金属材料的键合工艺，必须通过专门的工艺鉴定，工艺鉴定试验应至少包括高温贮存、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）检查和引线键合强度。高温贮存试验样品应为密封合格样品，试验条件为３００℃、２４ｈ；ＳＥＭ 检查主要观察开帽后键合