Mikromekaanisten antureiden kiekkotason kontaktimetallointi
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2003
Department
Major/Subject
Metalli- ja materiaalioppi|Elektronifysiikka
Mcode
Mak-45|S-69
Degree programme
Language
fi
Pages
105
Series
Abstract
This master thesis was carried out as part of VTI Technologies Ltd.’s R&D activities on micromechanical sensor packaging and interconnection. The objective of the thesis was to evaluate the suitability of wafer-level electroless nickel-gold contact-pad metallization plating for micromechanical accelerometer sensors. The literature part of the thesis presents the theory of electroless plating and structure as well as metallurgy of contact-pad metallization. Furthermore, sensor packaging and interconnection technologies, reliability of solder joint and structure of accelerometer sensor are also considered here. The experimental part describes the manufacturing process of electroless nickel-gold contact-pad metallization. For the purpose of the reliability study, solder bumps were produced on the nickel-gold metallization. In the next phase shear tests were carried out to study the interconnection and the reliability of nickel-gold metallization. The tests and crosscutting samples were executed as a function of accelerated treatments. The experimental results demonstrated the possibility to manufacture nickel-gold contact-pad metallization for silicon wafer. An unexpected failure mechanism, silicon cracking, was identified during the experimental phase. This failure mechanism does not comply with the standard. Because of silicon, cracking electroless nickel-gold contactpad metallization was found out not, to be reliable with used material or process parameters. The cause for the silicon cracking was traced back to the poor surface quality of silicon wafers' top surface. The research results indicated a specific silicon wafer characteristic having a significant impact on the reliability of the sensor interconnection. Thus, the master thesis lays a solid foundation for the future follow-up research projects on developing sensors' interconnection reliability.Opinnäytetyö kuului osana VTI Technologies Oy:n mikromekaanisten antureiden paketointi-ja liitostekniikka tutkimusta. Työn tarkoituksena oli tutkia kiekkotasolla valmistettavan kemiallisen nikkeli-kultapinnoitteen soveltuvuutta mikromekaanisten kiihtyvyysantureiden kontaktimetalloinniksi. Työn kirjallisuusosassa on käsitelty kemiallisen pinnoituksen teoriaa ja kontaktimetallointikerroksen rakennetta ja metallurgiaa. Lisäksi on tarkasteltu yleisellä tasolla antureiden liitostekniikoita, liitoksen luotettavuutta sekä kiihtyvyysanturin toimintaa ja rakennetta. Kokeellisessa osassa on esitetty piikiekon kontaktialueille kemiallisesti kasvatetun nikkeli-kultakerroksen valmistus. Luotettavuustutkimuksia varten kontaktialueille valmistettiin juotenystyt. Liitoksen ja nikkeli-kultapinnoitteen ominaisuuksia ja luotettavuutta tutkittiin nystyntyöntökokeilla sekä poikkileikkausnäytteiden avulla kiihdytettyjen testien aikana. Kokeiden perusteella todettiin, että kemiallinen nikkeli-kultapinnoitusprosessi on soveltuva pinnoitusmenetelmä piikiekolle. Mittauksissa saatiin esille odottamaton vikaantumismekanismi, piin murtuminen, joka ei ole standardin mukaan sallittu vikaantumismekanismi. Piinmurtumisen takia ei kemiallisesti kasvatettu nikkelikultakontaktimetallointi ole käytetyillä materiaali-tai prosessiparametreilla luotettava. Murtumien aiheuttajaksi pääteltiin käytettyjen piikiekkojen epäsopivaa pinnanlaatua. Tutkimustulosten perusteella voimme kuitenkin todeta, että tietyillä kontaktimetalloinnin dimensioilla on mahdollista saavuttaa luotettava nikkelikultapinnoite. Tutkimusten perusteella tehdyt johtopäätökset paljastivat merkittävän piikiekon ominaisuuden, jolla on vaikutusta piikiekon hiotulta pinnalta kontaktimetalloitavien antureiden liitosten luotettavuuteen. Tämä diplomityö antaa hyvän pohjan tuleville jatkotutkimuksille antureiden liitoksen luotettavuuden ja kiekkotason pinnoituksen tutkimisessa.Description
Supervisor
Lindroos, VeikkoThesis advisor
Niemistö, JiriHaimi, Eero
Keywords
MEMS, MEMS, electroless plating, kemiallinen pinnoitus, electrochemical plating, nikkeli-kulta, nickel-gold, Flip chip, Flip chip, kontaktimetallointi, UBM, juotenysty, solder bump, juoteliitoksen luotettavuus, solder joint reliability
