【摘 要】
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随着集成电路(Integrated Circuit,IC)制造与电子封装技术的不断创新发展,市场对电子产品的微型化、低成本、多功能、便携式以及可靠性的要求不断提高,IC的特征尺寸已经进入纳米级。用于连接IC芯片和封装基板的焊点是封装互连结构的重要组成部分,主要起到电连接、机械连接及散热的作用。由于电子产品对封装密度与性能的要求越来越高,互连焊点也在逐步向微型化转变。电子产品在服役时,因电流作用而使
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随着集成电路(Integrated Circuit,IC)制造与电子封装技术的不断创新发展,市场对电子产品的微型化、低成本、多功能、便携式以及可靠性的要求不断提高,IC的特征尺寸已经进入纳米级。用于连接IC芯片和封装基板的焊点是封装互连结构的重要组成部分,主要起到电连接、机械连接及散热的作用。由于电子产品对封装密度与性能的要求越来越高,互连焊点也在逐步向微型化转变。电子产品在服役时,因电流作用而使芯片侧产生大量焦耳热,作为热传导通道的微焊点,其芯片侧与基板侧会形成温度差,诱发金属原子的热迁移现象。在热迁移条件下,微焊点冷端界面处易发生金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)的过度生长,而IMC为脆性相,将引起潜在的可靠性问题。影响微焊点界面IMC生长的主要因素有Sn晶粒取向、微焊点尺寸等,因此本课题对Cu/Sn/Cu线性微焊点进行温度梯度数值模拟,重点研究Sn晶粒取向与Sn层厚度对Cu原子热迁移行为及界面IMC生长的影响规律,主要研究结果如下:(1)建立温度梯度条件下微焊点中Cu原子扩散的模型。基于有限元软件编辑了冷端界面IMC生长计算程序,并通过设置不同的初始浓度检验了该计算程序的合理性。利用文献中IMC的生长实验数据,计算并获得了微焊点中热端Cu原子浓度的合理范围。(2)模拟Sn晶粒取向在温度梯度条件下对微焊点界面反应的影响。针对具有不同θ角的单个Sn晶粒的微焊点,求解了不同Sn晶粒取向微焊点中的Cu原子浓度场,同时求解了维持冷端界面IMC生长的热迁移扩散通量。结果表明,微焊点中Sn晶粒取向对形成稳态时的浓度场没有影响,但会影响达到稳态的时间;微焊点中Sn晶粒取向对冷端界面IMC生长有显著的影响,θ角越小,Cu原子热迁移通量越大,冷端界面IMC生长越快。(3)模拟Sn钎料层厚度对温度梯度条件下微焊点界面反应的影响。针对不同高度的单个Sn晶粒微焊点,求解了在不同尺寸下具有不同Sn晶粒取向的微焊点中的Cu原子浓度场,获得了Sn层厚度与冷端界面IMC生长的关系。结果表明,随着Sn层厚度增加,维持冷端界面IMC生长的Cu原子扩散通量也在增加,但增加幅度越来越小。当Sn层厚度与晶粒取向同时变化时,θ角越小,Sn层厚度对冷端界面IMC生长速度影响越大。当θ=90°时,Sn层厚度对IMC生长的影响可以忽略不计。
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