【摘 要】
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随着电子产品向高集成化、高密度化、微小化的方向持续发展,迫切需要节省制造工序、减少制造工艺以降低生产成本,因此实现芯片铝电极或铝焊盘免镀镍、铜直接互连刻不容缓。本文采用纳米级SAC0307颗粒和微米级Zn颗粒,在超声辅助下实现了Cu/Cu（Al）同异材的低温互连,研究了颗粒含量、焊接温度对Cu/Cu（Al）接头性能的影响及时效条件下接头的热可靠性,进而采用纳米Cu颗粒优化了Cu/Al接头质量、提升
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.61974013、61774066）； 重庆市教委科技研究项目重点项目（KJZD-K202101101）； 重庆市自然科学基金（No.cstc2020jcyj-msxmX0819）；
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随着电子产品向高集成化、高密度化、微小化的方向持续发展,迫切需要节省制造工序、减少制造工艺以降低生产成本,因此实现芯片铝电极或铝焊盘免镀镍、铜直接互连刻不容缓。本文采用纳米级SAC0307颗粒和微米级Zn颗粒,在超声辅助下实现了Cu/Cu（Al）同异材的低温互连,研究了颗粒含量、焊接温度对Cu/Cu（Al）接头性能的影响及时效条件下接头的热可靠性,进而采用纳米Cu颗粒优化了Cu/Al接头质量、提升了其热可靠性。得到如下主要结论:（1）180℃的Cu/Cu互连时,加入SAC0307生成的Sn-Zn共晶强化了焊缝中Zn颗粒之间的结合,界面IMC为Cu Zn4和少量Cu5Zn8。随着SAC0307含量的增加,接头剪切强度先增加后略有减小,断裂主要发生在Zn颗粒之间以及富锡相处。其中SAC0307含量为15%时接头剪切强度达到最高值30.42MPa,比不添加提升了250.06%。（2）Cu/Zn+15%SAC0307/Cu接头IMC厚度随时效温度的升高和时间的延长而变厚,上/下界面IMC扩散激活能分别为109.86KJ/mol和111.88KJ/mol;IMC种类由将Cu Zn4向Cu5Zn8转化,125℃、48h及150℃时效时Cu Zn4IMC已几乎全部转化为Cu5Zn8。随着锌颗粒氧化加剧及IMC增厚,三种温度下接头剪切强度均随时效时间的延长而降低,断裂位置由焊料向界面处转移;时效温度为150℃时接头剪切强度下降明显,48h后达到最低值15.5MPa,下降了49.05%。（3）随着焊接温度的升高,焊缝中SAC0307的流动性增强,Al侧聚集的富锡相加快了Al基板和Zn之间的相互扩散促进了Al-Zn相的生成,Al/Cu接头剪切强度先升高后降低,焊接温度为240℃时达到最高值,为39.51MPa。Al/Zn+15%SAC0307/Cu接头随着时效温度的升高和时间的延长,Al侧界面和Cu侧界面均出现了孔洞和裂纹等缺陷,剪切断裂均在Cu界面处,接头剪切强度均随着时效温度的升高和时间的延长而降低,150℃时效48h时达到最低值,为3.92MPa。（4）纳米Cu颗粒加入后,焊缝中出现了CuxZny化合物,Al侧界面的白色富锡层与焊料之间聚集了灰色的Al-Zn-Cu-Sn相;Cu含量增加至15%及以上,Cu侧界面附近有大量Cu5Zn8和Cu Zn4且分层不明显,接头剪切强度达到最高,为49.11MPa,较于无Cu颗粒接头提升了24.3%。随着等温时效温度和时间的延长,焊缝中IMC生长更加剧烈,Al侧界面开始出现缺陷,Cu侧界面处的Cu5Zn8和焊缝中心处的Cu Zn4有逐渐变多,Al/Zn+15%SAC0307+15%Cu/Cu接头剪切强度下降明显,但随着时效时间的延长接头剪切强度较无铜颗粒接头下降放缓,其中150℃时效96h后接头剪切强度仍能维持在20MPa以上。
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