基于納米銅介質材料的銅-銅互連力學及電學性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在微電子封裝技術中,隨著電子器件尺寸的不斷減小、封裝密度和散熱要求的不斷提高,傳統(tǒng)的錫基合金焊料的連接遇到金屬間化合物過度生長、電遷移以及尺寸效應等瓶頸,而納米銅介質材料低溫燒結形成的銅-銅互連是最佳解決途徑之一。本文以納米銅介質材料獲得的銅-銅互連結構為研究對象,探索了不同有機溶劑系統(tǒng)、不同焊接工藝條件對銅-銅互連結構性能的影響,并通過在納米銅介質材料中添加酚醛樹脂,研究了酚醛樹脂強化銅-銅互連結構的規(guī)律。
  本研究主要內容包

2、括:⑴通過使用不同的有機溶劑系統(tǒng),研究了有機溶劑系統(tǒng)對銅-銅互連結構的影響,實驗表明:在低溫焊接工藝(240℃)下,銅-銅互連結構的剪切強度隨著有機溶劑系統(tǒng)揮發(fā)點的升高而先增加后減少,而高溫焊接工藝(300℃)下,剪切強度隨有機溶劑系統(tǒng)揮發(fā)點的升高而增加。這是由于高揮發(fā)點的有機溶劑系統(tǒng)雖然能降低銅納米顆粒氧化率,但分解不完全導致包覆層阻礙了銅納米顆粒的燒結;高溫則有利于高揮發(fā)點的有機成分的分解,從而獲得較高剪切強度的銅-銅互連結構。⑵通

3、過設計正交試驗,分析了焊接溫度、保溫時間以及焊接氣氛對銅-銅互連結構剪切強度的影響,并使用極差分析法得出最佳工藝條件組合,結合方差分析法判斷了各工藝條件對銅-銅互連結構力學性能影響的顯著性;數(shù)據(jù)表明:對銅-銅互連結構的剪切強度影響最為顯著的工藝因素是焊接溫度,其剪切強度隨著溫度的升高而提高,而保溫時間以及焊接氛圍對其剪切強度的影響則并不明顯。最佳組合工藝參數(shù)為:焊接溫度340℃,保溫時間15 min,氮氣作為保護氣體。而焊接氣氛與焊接溫

4、度、保溫時間之間則存在有一定的交互作用。⑶通過向納米銅介質材料中添加不同比例的酚醛樹脂(phenolic-resin, PF),研究了不同酚醛樹脂添加量對銅-銅互連結構的力學性能、電氣性能和銅納米顆粒燒結組織的影響,并分析了具體影響機理。實驗結果表明:PF的添加提高了銅-銅互連結構的剪切強度,這是因為適量添加的PF填充了燒結組織中的空穴,包覆了燒結組織,因此增強了銅-銅互連結構。銅-銅互連結構的電氣性能隨添加量的增加而減弱,這是由于PF

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