【摘 要】
：
瞬时液相键合形成金属间化合物（IMC）焊点的工艺可以有效实现芯片堆叠互连,已成为3D封装芯片堆叠互连的核心技术之一,但IMC焊点存在柯肯达尔空洞和应力集中等致命缺点,导致芯片堆叠互连的可靠性急剧下降。本文针对瞬时液相键合形成的IMC焊点存在的问题,基于热力学原理,采用实验技术与有限元模拟相结合的方法,深入研究瞬时液相键合机理,并通过在Sn互连钎料中加入适量微米级CuZnAl颗粒改善键合焊点的性能及
【基金项目】
：
国家自然科学基金面上项目“3D封装芯片瞬时液相键合焊点改性机理及可靠性研究”（项目编号:51475220）；
论文部分内容阅读
瞬时液相键合形成金属间化合物（IMC）焊点的工艺可以有效实现芯片堆叠互连,已成为3D封装芯片堆叠互连的核心技术之一,但IMC焊点存在柯肯达尔空洞和应力集中等致命缺点,导致芯片堆叠互连的可靠性急剧下降。本文针对瞬时液相键合形成的IMC焊点存在的问题,基于热力学原理,采用实验技术与有限元模拟相结合的方法,深入研究瞬时液相键合机理,并通过在Sn互连钎料中加入适量微米级CuZnAl颗粒改善键合焊点的性能及可靠性。论文的主要工作及相关成果如下:（1）采用Sn互连钎料作为键合材料,通过TEM测试表征Sn/Cu界面反应特征,探讨瞬时液相键合机理,研究瞬时液相键合工艺参数对焊点的组织形成影响,分析不同键合温度下焊点的组织演化规律与生长动力学,探究IMC焊点产生的柯肯达尔空洞与IMC种类、生长行为之间的关系。结果表明:采用瞬时液相键合形成IMC焊点,可以达到“低温键合,高温服役”的目标;在250℃键合温度、0.1 N压力、120 min键合时间下可获得较好的IMC焊点;Cu3Sn在235、250和265℃的动力学指数n接近1/3,表明Cu3Sn的生长受晶界扩散控制;Cu3Sn IMC的生长是产生空洞的主要因素。（2）根据Cu3Sn与空洞的相关性,提出在Sn互连钎料中添加微米级CuZnAl颗粒对其进行改性研究,研究CuZnAl颗粒抑制IMC生长机理,优化颗粒的添加量。结果表明:CuZnAl颗粒易于吸附在IMC晶粒的表面,降低了晶粒生长的自由能,从而抑制了界面IMC的过快生长;当CuZnAl的添加量为0.5 wt.%,焊点界面IMC得到最大程度抑制;CuZnAl颗粒的添加显著提高了Sn互连钎料的润湿性和力学性能,CuZnAl颗粒的最佳添加量为0.5 wt.%,润湿性最大幅度提高22.6%,力学性能最大幅度提高40.8%。（3）选择Sn-0.5CuZnAl复合互连钎料作为键合材料,研究0.5 wt.%微米级CuZnAl颗粒对键合Cu/Sn/Cu焊点的改性机制。结果表明:键合过程中,Cu/Sn-0.5CuZnAl/Cu复合焊点界面IMC的生长和柯肯达尔空洞均得到显著抑制,焊点的键合强度提高了8.5～22.3%,验证了CuZnAl颗粒的添加可以改善Cu/Sn/Cu焊点的组织与性能。（4）对3D封装结构进行有限元分析,研究瞬时液相键合焊点的可靠性,基于田口法优化封装结构和工艺参数。结果表明:Cu柱与焊点接触处是整个结构的薄弱区域,在IMC焊点阵列中最右列第二个焊点处出现最大应力;获得了4个因子对S/N的贡献度为:焊点阵列＞焊点高度＞芯片厚度＞焊点材料,最优的匹配组合为:3×3阵列,焊点高度为0.02 mm,芯片厚度为0.2 mm,焊点材料为Cu6Sn5。（5）通过热循环试验研究IMC焊点的热疲劳可靠性。结果表明:Cu/Sn/Cu焊点的热疲劳寿命为1294次,Cu/Sn-0.5CuZnAl/Cu焊点的热疲劳寿命为1459次;在相同的循环次数下CuZnAl颗粒可以显著降低Cu/Sn/Cu焊点界面Cu3Sn层的厚度和柯肯达尔空洞的产生,经3000次热循环Cu/Sn/Cu焊点中出现许多裂纹,而Cu/Sn-0.5CuZnAl/Cu焊点中未发现裂纹,保持了良好的焊点组织。本文所获得的3D封装瞬时液相键合机理及焊点改性研究的研究成果可为提高3D封装芯片堆叠键合焊点性能及可靠性提供新的解决方案,对电子工业等领域器件的封装技术具有重要的推动作用。
其他文献
随着中国日渐走向世界舞台中央,中国话题越来越多地出现的西方媒体上,其所建构的中国形象对中国国际形象有着重要影响。了解西方媒体对中国形象的表达,有助于我们更好地与世界对话,并更为全面客观地建构积极国家形象。首届进博会于2018年11月5-10日在上海举行,吸引了广泛的海外报道,进博会已成为中国形象国际传播的重要话题载体。本论文以马丁和怀特提出的评价理论中的态度系统为理论框架,选取《纽约时报》（The
近年来,荧光探针因其具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、操作方便等优点,在分子和离子识别中得到了广泛的应用,深受科研工作者的关注与喜爱。其中,BINOL由于它独特的C2轴手性、刚性、稳定的化学性质、良好的荧光性质以及来源广泛等优点,被广泛用于合成分子、离子选择性较高的荧光化学传感器。最近几年,基于BINOL衍生物的荧光探针被较多的用于分子识别,尤其是手性小分子选择性识别,比如D-/L-氨基酸。因此
自从1994年Parker等人提出纳米气泡的概念后,纳米气泡的研究越来越受到研究者们的广泛关注。最近的研究进一步发现其具有的一系列超出人们的预期的特别性质,如超稳定性和高密度状态。纳米气泡在环境、生物和医学等领域有广泛的潜在应用,如水处理、水产养殖、农业种植、保健和超声成像及气泡载药等。现在,纳米气泡已经成为了界面科学和软物质领域研究的热点方向。纳米气泡主要指的是一种分布在固-液界面上或者处于液相
氏族是索马里国家构建进程的重要影响因素。自1960年独立后,索马里的国家构建进程颇为曲折。直至2012年联邦政府成立,索马里的政治体制方才基本稳定。在索马里国家构建进程中,氏族、外部行为体、宗教团体以及商人阶层均产生了不同程度的影响。其中,氏族作为重要的内部因素,其参与时间之长,影响之复杂均远超其他行为体。它既是推动索马里国家整合的重要动力,也是导致历届政府走向失败,国家陷入分裂的主要原因。因此,
小学二年级作为学习年龄的初始阶段,是学生学习生涯的重要阶段。然而,体育课一直被看作是中国中小学生最喜爱的教育课之一。而体育课堂品质的培养,由于受中国优良传统体育课以及传统体育训练的冲击和陈旧思想的教条化,在当今中国传统体育课以及传统体育训练课堂上的教育教学内容以及教育教学组织形式上全部都显得很单调和枯燥,而中小学生在接触体育课知识的方法上也相对无聊和枯燥,让学生上起课来效果不好,对体育课也不是很感
随着世界现代化进程的加快,环境污染问题变得越来越严重,半导体光催化技术被认为是解决环境问题的理想途径之一。在众多的半导体光催化材料中,TiO2因其良好的化学稳定性、无毒、成本低、易制备等特点被广泛应用于光催化领域,但光生电子-空穴对复合速率快以及光响应范围较窄严格限制了TiO2的实际应用。本论文旨在合成MOFs衍生的TiO2的基础上,通过与窄带隙半导体材料（Zn In2S4纳米片或者Cd S纳米颗
由于特高压输电线路架设环境极为复杂,线路会不可避免地遭遇到易舞环境。且随着多分裂导线的广泛应用,这使得覆冰输电线路在风荷载作用下极易引发舞动现象。导线的覆冰舞动对输电系统的正常运行造成了严重的威胁,给国民经济的发展造成了巨大的损失。虽然国内外对输电线路的舞动及舞动控制方法已经进行了广泛的研究,但针对于覆冰多分裂导线的舞动机理研究及行之有效的防舞措施仍有待完善。因此,在建立精确的有限元模型的基础上,
自动驾驶车辆在轨迹跟踪中会遇到极端工况,例如强侧风、高速行驶和低附着路面以及小转弯半径弯道等,为了使自动驾驶车辆在极端工况下保持良好的抗侧风、抗侧滑和抗侧翻以及避障性能的同时,实现轨迹跟踪偏差最小化,研究一种能够解耦转向、制动和悬架系统的自抗扰（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）轨迹跟踪集成控制器,以此来提高自动驾驶车辆在极端工况下的轨迹跟踪精度和
“轻量化”是汽车、高铁以及城市轨道交通等行业先进制造工艺发展的热点课题之一。铝合金以其高比强度、高性价比、良好的耐腐蚀性等优良性能,成为代替传统钢质结构材料的不二选择。焊接,是铝合金材料实际应用过程中普遍采用的连接方式,同时也是一个工艺难点。作为连接材料,铝合金焊丝在铝合金结构材料中扮演着重要的角色,想要获得高质量的焊接接头,对铝合金焊接材料的综合性能需提出更高的要求。以大气环境中水蒸气为载体的氢
超/高超声速飞行器是当前航空航天领域的研究热点,随着飞行器设计马赫数的日益提高以及用于优化飞行器性能的薄壁结构和柔性材料被广泛采用,严峻的气动弹性和气动加热现象使得飞行器内外流中的流固热多物理场耦合问题日益突出。其中,进气系统作为并联式涡轮基组合循环（Turbine-Based Combined Cycle,TBCC）发动机的重要组成部分,其主要气动部件——分流板在两侧压差作用下的变形与振动行为将