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环氧塑封料(EMC)是半导体领域最常用的封装材料,因EMC和金属框架之间物理化学性质的显著差异以及外界水、离子等因素的固有存在,引起界面氧化腐蚀发生,进而造成分层、剥离等问题已成为制约半导体封装可靠性的关键。本文以全氢聚硅氮烷(PHPS)为原料,通过加热、紫外等方式制得了纳米SiON陶瓷层,从结合强度、耐腐蚀及导热性能等几方面研究了其用于金属/EMC界面层的可行性,为电子封装行业提供了一种具有潜在应用价值的界面层材料。本论文的主要研究内容和所得结果如下:(1)以实验室自制的PHPS为先驱体制备涂层,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法研究了涂层的表面形貌与组成成分。结果表明,PHPS转化制备的涂层主要含Si、O、N三种元素,涂层致密、均匀、无裂痕,并确定了Si-OH、Si-NH-Si、Si-H、N-H等反应活性基团的存在。(2)以微电子工业中最常用的金属铜导体为封装对象,通过调控PHPS溶液的浓度、涂覆方式、热固化温度,采用微机控制电子万用试验机探索对Cu/EMC的结合强度改善效果最显著的界面层,采用SEM、EDS研究界面层的形貌、厚度以及断裂路径。结果表明,当PHPS制备所得的SiON界面层厚度为21 nm时,Cu/SiON(21 nm)/EMC(heat)的剪切强度最高,能提高57%,其断裂几乎都发生在EMC内部。采用X射线光电子能谱(XPS)、FTIR、三维白光干涉表面形貌仪研究PHPS与铜以及SiON与EMC的结合机理。结果表明,铜与PHPS之间形成了Cu-O-Si共价键,SiON与EMC之间的结合是依靠氢键和机械互锁的协同作用。(3)采用真空紫外光辐照的方式将PHPS转化成SiON涂层,采用微机控制电子万用试验机、SEM、EDS、XPS,研究了 PHPS溶液浓度对Cu/EMC结合强度的影响,分析了断裂路径以及界面结合机理,并与热固化进行对比。结果表明,Cu/SiON(31 nm)/EMC(VUV)的剪切强度最高,与Cu/EMC相比提高了 88%,断裂几乎都发生在EMC内部且断面处残留的EMC多于Cu/SiON(21 nm)/EMC(heat),Cu与PHPS之间生成的Cu-O-Si共价键的峰面积占比也大于Cu/SiON(21 nm)/EMC(heat)。(4)选取不锈钢、镁、镍、银等具有代表性的金属,采用微机控制电子万用试验机、SEM、EDS、XPS研究PHPS对金属/EMC结合强度的改善效果,并分析断裂路径以及界面结合机理。结果表明,以PHPS经紫外固化制得的SiON界面层,能显著提高不锈钢、镁、镍与EMC之间的结合强度,分别提高176%,284%和605%,而Ag/SiON/EMC(VUV)的剪切强度却随SiON界面层厚度的增加一直呈现降低趋势。XPS分析结果表明银基材表面没有-OH,PHPS与银界面不能形成共价键,PHPS与其他三种金属间是依靠共价键连接。(5)采用扫描声学显微镜、微机控制电子万用试验机、导热系数仪、红外热像仪研究了 SiON界面层的加入对金属/EMC耐腐蚀和导热性能的影响。结果表明,SiON能赋予金属/EMC有效的阻隔水分和离子杂质的能力,当其厚度不超过21 nm时,对导热性能的影响较小。