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先进封装铜-铜直接键合技术的研究进展
1
作者 张明辉 高丽茵 +2 位作者 刘志权 董伟 赵宁 《电子与封装》 2023年第3期52-62,共11页
在后摩尔时代,先进三维封装技术成为实现电子产品集成化、小型化的重要出路。应用于封装互连的传统无铅锡基钎料由于存在金属间化合物脆性、电迁移失效、制备工艺限制等问题,已不再适用于窄间距、小尺寸的封装。金属铜的电阻率低、抗电... 在后摩尔时代,先进三维封装技术成为实现电子产品集成化、小型化的重要出路。应用于封装互连的传统无铅锡基钎料由于存在金属间化合物脆性、电迁移失效、制备工艺限制等问题,已不再适用于窄间距、小尺寸的封装。金属铜的电阻率低、抗电迁移性能好,其工艺制备尺寸可减小到微米级且无坍塌现象。铜-铜(Cu-Cu)直接互连结构可以实现精密制备以及在高电流密度下服役。对Cu-Cu键合材料的选择、键合工艺的特点及服役可靠性的相关研究进展进行了总结。 展开更多
关键词 Cu-Cu直接键合 先进电子封装 表面处理 键合工艺
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应用于大马士革工艺的纳米孪晶铜脉冲电沉积研究
2
作者 王玉玺 高丽茵 +2 位作者 万永强 李哲 刘志权 《电化学（中英文）》 CAS 北大核心 2023年第8期21-30,共10页
本文在前期优化的电镀液的基础上,使用脉冲电镀工艺获得了高密度的纳米孪晶铜。为了进一步揭示孪晶形成的影响因素,研究了系列MPS浓度在镀液中的作用。当镀液中并未添加MPS时,镀层由粗大的晶粒组成,平均晶粒大小为0.9μm,晶粒内部含有... 本文在前期优化的电镀液的基础上,使用脉冲电镀工艺获得了高密度的纳米孪晶铜。为了进一步揭示孪晶形成的影响因素,研究了系列MPS浓度在镀液中的作用。当镀液中并未添加MPS时,镀层由粗大的晶粒组成,平均晶粒大小为0.9μm,晶粒内部含有少量的垂直或倾斜于膜面的孪晶界,镀层的晶粒取向为(110)和(111)共存,两者织构比例分别为49%和27.8%。从FIB微观组织观察和X射线衍射的结果可知,当镀液中添加10 ppm的MPS后,镀层组织变为柱状纳米孪晶铜组织,柱状晶内部含有高密度水平方向的孪晶界,同时晶粒取向变为高度择优的(111)。当MPS含量从10 ppm持续上升至40 ppm,镀层组织和晶粒取向无明显变化。具体地,当镀液中添加40 ppm的MPS时,镀层晶粒大小为0.6μm,且镀层晶粒(110)和(111)的织构比例分别为3.45%和95.1%。这说明,可以通过MPS的含量调节提高纳米孪晶铜电镀液的填充能力,而纳米孪晶微观组织的形成并不受影响。基于上述结果,我们使用该电镀液配方及工艺进行了大马士革微盲孔的填充。结果表明,当MPS含量为40 ppm时,可以实现大马士革微盲孔的无孔填充。纳米孪晶铜电镀液填充能力的提升使得纳米孪晶铜在IC制造应用成为可能,很大程度上促进了下一代互连材料的发展。 展开更多
关键词 脉冲电镀 纳米孪晶铜 盲孔填充 大马士革工艺
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无氧铜镀层对激光封焊裂纹的影响 被引量：3
3
作者 田飞飞 高丽茵 +3 位作者 葛培虎 陈以钢 崔洪波 周明 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期115-118,共4页
采用300 W的Nd:YAG激光器系统分析了微波组件无氧铜壳体表面镀层对壳体激光封焊裂纹的影响.首先采用五因素四水平正交试验法并通过设置多脉冲波形优化焊接工艺参数,从而可获得成形美观、组织均匀的焊缝.分析发现,无氧铜表面镀层工艺的... 采用300 W的Nd:YAG激光器系统分析了微波组件无氧铜壳体表面镀层对壳体激光封焊裂纹的影响.首先采用五因素四水平正交试验法并通过设置多脉冲波形优化焊接工艺参数,从而可获得成形美观、组织均匀的焊缝.分析发现,无氧铜表面镀层工艺的差异对焊缝质量有重要影响.化学镀镍时以单质形式存在的P元素极易汽化且可形成多种低熔点的化合物,焊接时焊缝会有裂纹产生;电镀镍时不含P元素,焊缝则没有裂纹出现.气密性检测显示,采用此参数激光封焊无氧铜微波组件的气密性小于5×10^(-9)(Pa·m^3/s),产品一次合格率在95"以上. 展开更多
关键词 激光焊接 裂纹 化学镀镍 电镀镍
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亚甲基蓝对直流电镀纳米孪晶铜组织及力学性能的影响
4
作者 黄静 李忠国 +4 位作者 高丽茵 李晓 李哲 刘志权 孙蓉 《集成技术》 2021年第1期55-62,共8页
纳米孪晶铜具有高强高导高韧的优异性能,使其成为近年来电子封装领域的研究热点。众所周知,添加剂在直流电镀过程中对镀层质量起着至关重要的作用。亚甲基蓝作为一种常用的染料型添加剂,在电镀铜行业中被广泛使用。该研究在直流电镀过程... 纳米孪晶铜具有高强高导高韧的优异性能,使其成为近年来电子封装领域的研究热点。众所周知,添加剂在直流电镀过程中对镀层质量起着至关重要的作用。亚甲基蓝作为一种常用的染料型添加剂,在电镀铜行业中被广泛使用。该研究在直流电镀过程中,将不同浓度的亚甲基蓝添加到纳米孪晶铜电解液中,并进一步研究纳米孪晶铜的微观组织和力学性能与亚甲基蓝添加浓度的关系。随着亚甲基蓝浓度的增加,镀膜的生长速度缓慢下降,晶粒逐渐细化。当亚甲基蓝浓度为2 mg/L时,可以看到自底向上生长的柱状晶,且存在高密度孪晶结构。使用动态热机械分析仪对其力学性能进行测试发现,此浓度下薄膜的拉伸强度可达到194 MPa,约为粗晶铜的2倍(约110 MPa);薄膜表面维氏硬度可以达到1.6 GPa,优于普通粗晶铜硬度。 展开更多
关键词 纳米孪晶铜 亚甲基蓝 直流电镀 拉伸强度
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先进封装中硅通孔(TSV)铜互连电镀研究进展 被引量：1
5
作者 谌可馨 高丽茵 +2 位作者 许增光 李哲 刘志权 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期15-26,共12页
随着摩尔定律接近极限,超摩尔定律的2.5D/3D封装登上历史舞台。硅通孔(through siliconvia,TSV)是实现多维封装纵向互连的关键技术,也是目前高端电子制造领域的重要代表之一。概述了TSV铜互连的关键技术,包括铜电镀液、电镀工艺和研究... 随着摩尔定律接近极限,超摩尔定律的2.5D/3D封装登上历史舞台。硅通孔(through siliconvia,TSV)是实现多维封装纵向互连的关键技术,也是目前高端电子制造领域的重要代表之一。概述了TSV铜互连的关键技术,包括铜电镀液、电镀工艺和研究方法。认为TSV电镀铜技术难点在于无缺陷填充,而添加剂是实现无缺陷填充的关键组分。归纳了TSV电镀铜的加速剂、抑制剂以及整平剂等多种添加剂,指出随着TSV深宽比的不断提高,对电镀工艺提出了更高的要求。介绍了仿真计算、电化学测试等电镀液添加剂作用机理的研究手段。随着研究手段的不断升级,对添加剂作用机理研究更加深入透彻,确保了高深宽比TSV镀铜的无缺陷填充,进一步促进了先进封装的发展。 展开更多
关键词 硅通孔 电镀铜 添加剂 填孔工艺 表征方法
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热电耦合作用下功率器件引脚开裂的机理 被引量：3
6
作者 高丽茵 李财富 +1 位作者 曹丽华 刘志权 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第20期2169-2177,共9页
在电子产品的小型化的趋势下,电力电子器件所承受的工作温度、电流密度越来越高,这给封装材料提出了严峻的挑战.一种引线框架材料为C194合金的MOSFET器件,在高电流密度的工作环境下服役3~4年后发生了引脚开裂的现象.针对该失效现象,使... 在电子产品的小型化的趋势下,电力电子器件所承受的工作温度、电流密度越来越高,这给封装材料提出了严峻的挑战.一种引线框架材料为C194合金的MOSFET器件,在高电流密度的工作环境下服役3~4年后发生了引脚开裂的现象.针对该失效现象,使用扫描电子显微镜对界面金属间化合物和断口形貌进行了精细的微观表征,确定了电迁移和热迁移的耦合作用是导致引脚开裂的主要原因.具体地,对于器件源极来说,Cu原子的电迁移与热迁移方向相反,且热迁移扩散通量较大,抵消了电迁移的作用从而导致了阳极开裂的反常现象.对于器件漏极来说,Cu原子的热迁移方向与电迁移方向相同,热迁移加速了阴极界面裂纹的萌生与扩展,开裂情况最为严重.为了进一步揭示开裂机理,我们使用电子探针、透射电子显微镜分析发现,在C194合金与金属间化合物界面上,原本弥散分布于C194合金内部的铁晶粒发生了明显的晶粒长大,并富集形成连续层.由于细小铁晶粒组成的富铁层弱化原有的界面结合力,成为薄弱环节.因此,在外加热应力或机械应力下,裂纹总是沿着由铁晶粒形成的富铁层发生开裂.综上,该器件引脚开裂的失效模式为典型的多场耦合作用下的失效形式,相关机理将为产品工艺优化和提高使用寿命提供理论指导. 展开更多
关键词 C194合金 引脚开裂 热迁移 电迁移 失效分析
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先进电子封装中焊点可靠性的研究进展 被引量：6
7
作者 高丽茵 李财富 +1 位作者 刘志权 孙蓉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期185-202,共18页
在先进封装中器件小型化的趋势下,焊点所处的服役环境越加苛刻,这对焊点材料提出了更高的可靠性要求。为保证微小尺寸焊点的可靠性,具有较强扩散阻挡能力的铁镍、铁镍磷和镍钴磷等合金作为新型凸点下金属层(Under bump metallization,U... 在先进封装中器件小型化的趋势下,焊点所处的服役环境越加苛刻,这对焊点材料提出了更高的可靠性要求。为保证微小尺寸焊点的可靠性,具有较强扩散阻挡能力的铁镍、铁镍磷和镍钴磷等合金作为新型凸点下金属层(Under bump metallization,UBM)应用。同时,微量元素对焊料合金力学性能、润湿性及界面化合物生长的调节作用也被广泛研究,以指导新型焊料的制备。与此同时,可靠性分析技术发展迅速。高精度的三维X射线显微镜(Three dimensional X-ray microscopy,3D-XRM)和超声波扫描显微镜(Scanning acoustic microscopy,SAM)等先进无损分析技术在界面表征、缺陷快速定位上的得到广泛应用;透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、电子探针(Electron probe micro-analysis,EPMA)和背散射电子衍射(Electron back-scattered diffraction,EBSD)等前沿技术填补了纳米尺度表征以及未知物相鉴定等技术空白。随着可靠性分析能力的提高,材料在高温、温度循环、机械应力、电流等常见的单场应力下的失效行为和机理研究日趋成熟。由于多物理场耦合的形式更接近小尺寸焊点实际的工作应力状态,其失效行为机理以及寿命模型逐渐成为研究热点。 展开更多
关键词 先进封装 焊点 可靠性 寿命评估
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