焊料互連在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造過程中起著極其重要的作用,無論是在尺寸較大的板級組裝還是微型化的3D芯片集成中都是不可或缺的一種連接方式。尤其在當(dāng)今3D芯片疊層互連中,焊點(diǎn)的間距和尺寸都急劇縮小,互連焊點(diǎn)中的Sn基焊料層在加熱焊接或服役過程中,因與焊盤金屬反應(yīng)而極易完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g化合物(IMCs)。在所形成的全I(xiàn)MCs微焊點(diǎn)中,IMCs層作為唯一的互連介質(zhì),其微觀組織的演變和性質(zhì)對焊點(diǎn)的互連可靠性起著關(guān)鍵性的作用。為此,本論文圍繞全I(xiàn)MCs微焊點(diǎn)的微觀組織演變和性能開展研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下:針對限制微焊點(diǎn)細(xì)小間距互連應(yīng)用的IMCs橫向生長的行為,采用依次電鍍的方法在軋制的Cu基板和Ni基板上電鍍Sn/Cu層,制備了Cu/Sn/Cu和Ni/Sn/Cu的三明治結(jié)構(gòu),其中Sn鍍層厚度為2.5⁵μm,通過觀察互連結(jié)構(gòu)在260°C真空條件下保溫30 mins后的形貌,發(fā)現(xiàn)Cu/Sn/Cu結(jié)構(gòu)中IMCs由兩側(cè)Cu/Sn界面相向生長,并在中心線附近相遇,最終形成上下雙層結(jié)構(gòu),并且每個IMCs層均由外層鵝卵石狀的Cu6Sn5大晶粒和內(nèi)部較細(xì)小的Cu3Sn晶粒組成。在互連高度為...

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 倒裝芯片互連技術(shù)
        1.1.2 三維疊層封裝中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析
        1.2.1 焊料互連中的界面反應(yīng)
        1.2.2 常見IMCs的材料性質(zhì)
        1.2.3 IMCs焊點(diǎn)的互連可靠性研究
    1.3 研究目的
    1.4 研究內(nèi)容
第二章 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法
    2.1 研究路線圖
    2.2 試驗(yàn)材料
    2.3 試樣制備
        2.3.1 電鍍法制備互連結(jié)構(gòu)
        2.3.2 IMCs微焊點(diǎn)的焊接工藝過程
    2.4 研究與分析方法
        2.4.1 焊點(diǎn)微觀組織觀察與成分分析
        2.4.2 IMCs焊點(diǎn)的納米壓痕測試
        2.4.3 IMCs中間層的微觀機(jī)械強(qiáng)度測試
第三章 Cu/Sn/Cu和Ni/Sn/Cu中金屬間化合物的橫向生長
    3.1 引言
    3.2 Cu/Sn/Cu平面結(jié)構(gòu)中IMCs的橫向生長
        3.2.1 IMCs橫向生長的形貌觀察
        3.2.2 晶須的出現(xiàn)與成因分析
    3.3 Cu/Sn/Cu微柱結(jié)構(gòu)中IMCs的橫向生長
        3.3.1 IMCs橫向生長的形貌觀察與過程分析
        3.3.2 IMCs橫向生長對焊點(diǎn)連接強(qiáng)度的影響
    3.4 Ni/Sn/Cu平面結(jié)構(gòu)中IMCs的橫向生長
    3.5 本章小結(jié)
第四章 Cu/Sn/Cu中金屬間化合物的微觀組織演變
    4.1 引言
    4.2 Cu-Sn IMCs微焊點(diǎn)的形成過程
    4.3 Cu-Sn IMCs微焊點(diǎn)中間層的組織形貌
        4.3.1 基板對IMCs微焊點(diǎn)組織形貌的影響
        4.3.2 焊接溫度對IMCs微焊點(diǎn)組織形貌的影響
    4.4 Cu-Sn IMCs生長的動力學(xué)研究
    4.5 Cu-Sn IMCs微焊點(diǎn)中的柯肯達(dá)爾現(xiàn)象
    4.6 本章小結(jié)
第五章 Cu3Sn微焊點(diǎn)的均勻化過程和力學(xué)性能研究
    5.1 引言
    5.2 IMCs微焊點(diǎn)中間層的晶粒觀察
    5.3 動力學(xué)分析IMC晶粒的演化機(jī)理
    5.4 IMCs微焊點(diǎn)的微觀組織演變過程
    5.5 Cu₃Sn微焊點(diǎn)的剪切測試
    5.6 本章小結(jié)
第六章 Cu-Sn-Ni IMCs微焊點(diǎn)的組織演變和力學(xué)性能研究
    6.1 引言
    6.2 Cu-Sn-Ni IMCs微焊點(diǎn)的形成過程
    6.3 Cu-Sn-Ni IMCs微焊點(diǎn)中的擴(kuò)散與生長行為
    6.4 Cu-Sn-Ni IMCs微焊點(diǎn)的微觀組織演變
        6.4.1 IMCs微焊點(diǎn)的微觀組織形貌
        6.4.2 IMCs微焊點(diǎn)的微觀組織演變過程
    6.5 Cu-Sn-Ni IMCs的力學(xué)性能表征
    6.6 IMCs的原位微納機(jī)械強(qiáng)度測試
        6.6.1 原位微納壓縮實(shí)驗(yàn)
        6.6.2 原位微納彎曲實(shí)驗(yàn)
    6.7 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文



本文編號：3905053