Cu/Sn/Cu（Ni）结构中金属间化合物微焊点的组织演化及力学性能研究
发布时间：2024-02-21 04:41
焊料互连在电子产品的生产和制造过程中起着极其重要的作用,无论是在尺寸较大的板级组装还是微型化的3D芯片集成中都是不可或缺的一种连接方式。尤其在当今3D芯片叠层互连中,焊点的间距和尺寸都急剧缩小,互连焊点中的Sn基焊料层在加热焊接或服役过程中,因与焊盘金属反应而极易完全转变为金属间化合物(IMCs)。在所形成的全IMCs微焊点中,IMCs层作为唯一的互连介质,其微观组织的演变和性质对焊点的互连可靠性起着关键性的作用。为此,本论文围绕全IMCs微焊点的微观组织演变和性能开展研究,主要内容和结论如下:针对限制微焊点细小间距互连应用的IMCs横向生长的行为,采用依次电镀的方法在轧制的Cu基板和Ni基板上电镀Sn/Cu层,制备了Cu/Sn/Cu和Ni/Sn/Cu的三明治结构,其中Sn镀层厚度为2.55μm,通过观察互连结构在260°C真空条件下保温30 mins后的形貌,发现Cu/Sn/Cu结构中IMCs由两侧Cu/Sn界面相向生长,并在中心线附近相遇,最终形成上下双层结构,并且每个IMCs层均由外层鹅卵石状的Cu6Sn5大晶粒和内部较细小的Cu3Sn晶粒组成。在互连高度为...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 倒装芯片互连技术
1.1.2 三维叠层封装中的机遇与挑战
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 焊料互连中的界面反应
1.2.2 常见IMCs的材料性质
1.2.3 IMCs焊点的互连可靠性研究
1.3 研究目的
1.4 研究内容
第二章 试验材料及试验方法
2.1 研究路线图
2.2 试验材料
2.3 试样制备
2.3.1 电镀法制备互连结构
2.3.2 IMCs微焊点的焊接工艺过程
2.4 研究与分析方法
2.4.1 焊点微观组织观察与成分分析
2.4.2 IMCs焊点的纳米压痕测试
2.4.3 IMCs中间层的微观机械强度测试
第三章 Cu/Sn/Cu和Ni/Sn/Cu中金属间化合物的横向生长
3.1 引言
3.2 Cu/Sn/Cu平面结构中IMCs的横向生长
3.2.1 IMCs横向生长的形貌观察
3.2.2 晶须的出现与成因分析
3.3 Cu/Sn/Cu微柱结构中IMCs的横向生长
3.3.1 IMCs横向生长的形貌观察与过程分析
3.3.2 IMCs横向生长对焊点连接强度的影响
3.4 Ni/Sn/Cu平面结构中IMCs的横向生长
3.5 本章小结
第四章 Cu/Sn/Cu中金属间化合物的微观组织演变
4.1 引言
4.2 Cu-Sn IMCs微焊点的形成过程
4.3 Cu-Sn IMCs微焊点中间层的组织形貌
4.3.1 基板对IMCs微焊点组织形貌的影响
4.3.2 焊接温度对IMCs微焊点组织形貌的影响
4.4 Cu-Sn IMCs生长的动力学研究
4.5 Cu-Sn IMCs微焊点中的柯肯达尔现象
4.6 本章小结
第五章 Cu3Sn微焊点的均匀化过程和力学性能研究
5.1 引言
5.2 IMCs微焊点中间层的晶粒观察
5.3 动力学分析IMC晶粒的演化机理
5.4 IMCs微焊点的微观组织演变过程
5.5 Cu3Sn微焊点的剪切测试
5.6 本章小结
第六章 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的组织演变和力学性能研究
6.1 引言
6.2 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的形成过程
6.3 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点中的扩散与生长行为
6.4 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的微观组织演变
6.4.1 IMCs微焊点的微观组织形貌
6.4.2 IMCs微焊点的微观组织演变过程
6.5 Cu-Sn-Ni IMCs的力学性能表征
6.6 IMCs的原位微纳机械强度测试
6.6.1 原位微纳压缩实验
6.6.2 原位微纳弯曲实验
6.7 本章小结
第七章 结论及创新点
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
致谢
参考文献
附录1攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3905053
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 倒装芯片互连技术
1.1.2 三维叠层封装中的机遇与挑战
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 焊料互连中的界面反应
1.2.2 常见IMCs的材料性质
1.2.3 IMCs焊点的互连可靠性研究
1.3 研究目的
1.4 研究内容
第二章 试验材料及试验方法
2.1 研究路线图
2.2 试验材料
2.3 试样制备
2.3.1 电镀法制备互连结构
2.3.2 IMCs微焊点的焊接工艺过程
2.4 研究与分析方法
2.4.1 焊点微观组织观察与成分分析
2.4.2 IMCs焊点的纳米压痕测试
2.4.3 IMCs中间层的微观机械强度测试
第三章 Cu/Sn/Cu和Ni/Sn/Cu中金属间化合物的横向生长
3.1 引言
3.2 Cu/Sn/Cu平面结构中IMCs的横向生长
3.2.1 IMCs横向生长的形貌观察
3.2.2 晶须的出现与成因分析
3.3 Cu/Sn/Cu微柱结构中IMCs的横向生长
3.3.1 IMCs横向生长的形貌观察与过程分析
3.3.2 IMCs横向生长对焊点连接强度的影响
3.4 Ni/Sn/Cu平面结构中IMCs的横向生长
3.5 本章小结
第四章 Cu/Sn/Cu中金属间化合物的微观组织演变
4.1 引言
4.2 Cu-Sn IMCs微焊点的形成过程
4.3 Cu-Sn IMCs微焊点中间层的组织形貌
4.3.1 基板对IMCs微焊点组织形貌的影响
4.3.2 焊接温度对IMCs微焊点组织形貌的影响
4.4 Cu-Sn IMCs生长的动力学研究
4.5 Cu-Sn IMCs微焊点中的柯肯达尔现象
4.6 本章小结
第五章 Cu3Sn微焊点的均匀化过程和力学性能研究
5.1 引言
5.2 IMCs微焊点中间层的晶粒观察
5.3 动力学分析IMC晶粒的演化机理
5.4 IMCs微焊点的微观组织演变过程
5.5 Cu3Sn微焊点的剪切测试
5.6 本章小结
第六章 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的组织演变和力学性能研究
6.1 引言
6.2 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的形成过程
6.3 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点中的扩散与生长行为
6.4 Cu-Sn-Ni IMCs微焊点的微观组织演变
6.4.1 IMCs微焊点的微观组织形貌
6.4.2 IMCs微焊点的微观组织演变过程
6.5 Cu-Sn-Ni IMCs的力学性能表征
6.6 IMCs的原位微纳机械强度测试
6.6.1 原位微纳压缩实验
6.6.2 原位微纳弯曲实验
6.7 本章小结
第七章 结论及创新点
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
致谢
参考文献
附录1攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3905053
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3905053.html
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