本文關(guān)鍵詞：納米復(fù)合Sn帽銅柱面陣列凸點(diǎn)的制備及其互連性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子封裝技術(shù)的快速發(fā)展,電子產(chǎn)品逐漸向微型化、高集成度化和多功能化方向發(fā)展,面陣列銅柱凸點(diǎn)倒裝互連封裝技術(shù),因具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、以及可提供更多的I/O端口數(shù)量而受到了廣泛關(guān)注。目前,銅柱凸點(diǎn)直接互連尚存在工藝實(shí)現(xiàn)上的困難,因此,工程應(yīng)用上常采用錫基焊料實(shí)現(xiàn)銅柱凸點(diǎn)與焊盤的互連,但是,這種互連方式因界面存在Cu-Sn原子間的互擴(kuò)散現(xiàn)象,使得互連接頭易產(chǎn)生嚴(yán)重的可靠性問題,特別是電子產(chǎn)品尺寸日益減小的趨勢(shì)下,導(dǎo)致Cu-Sn互擴(kuò)散問題變得更加突出。因而,如何抑制界面Cu-Sn互擴(kuò)散和界面IMC生長(zhǎng)問題成為提高面陣列銅柱凸點(diǎn)倒裝互連可靠性的關(guān)鍵技術(shù)問題。針對(duì)這一問題,論文采用納米α-Fe_2O_3粒子添加制備納米復(fù)合Sn帽銅柱面陣列凸點(diǎn),研究-65-150oC高低溫循環(huán)和150oC熱老化條件下,納米α-Fe_2O_3粒子對(duì)界面Cu-Sn互擴(kuò)散、界面IMC生長(zhǎng)以及互連接頭剪切強(qiáng)度影響規(guī)律和影響機(jī)制。研究結(jié)果表明,在高低溫循環(huán)條件下,隨著α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度的增加,復(fù)合焊料/銅柱界面金屬間化合物層的形貌逐漸由筍丁狀變得平緩,且其界面Cu6Sn5化合物的晶粒大小逐漸減小。添加適當(dāng)濃度的納米顆�？梢悦黠@抑制界面IMC的生長(zhǎng),降低界面IMC層的厚度以及Cu3Sn層的生長(zhǎng)速率。同時(shí),不同納米添加濃度的復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)經(jīng)高低溫循環(huán)后,其接頭剪切強(qiáng)度均隨著循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)循環(huán)次數(shù)較低時(shí),添加濃度為0.024g/L的納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)互連接頭剪切強(qiáng)度最大;當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過100次時(shí),添加濃度為0.032g/L的納米復(fù)合銅柱凸點(diǎn)互連接頭剪切強(qiáng)度最大。對(duì)比分析表明,添加0.024g/L的α-Fe_2O_3納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)互連接頭剪切強(qiáng)度隨高低溫循環(huán)次數(shù)變化的改變量較小,表明其更能適應(yīng)溫度的變化。通過吸附理論和第二相顆粒增強(qiáng)理論分別分析α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)界面IMC生長(zhǎng)和互連接頭剪切強(qiáng)度的影響機(jī)制。在高溫?zé)崂匣瘲l件下,不同添加濃度的α-Fe_2O_3納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)界面IMC層的厚度均隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)一直增加的趨勢(shì)。在相同的熱老化時(shí)間下,隨著α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度的增加,復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)界面IMC的厚度及對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)速率常數(shù)均先減小后增加,互連接頭剪切強(qiáng)度則先增加后減小。當(dāng)納米顆粒的添加濃度為0.024 g/L時(shí),納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)界面IMC層的生長(zhǎng)速率常數(shù)最小,互連接頭剪切強(qiáng)度最大,具有良好的力學(xué)性能穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：α-Fe_2O_3納米顆粒 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn) 高低溫循環(huán) 熱老化 金屬間化合物 剪切強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN405;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 課題背景及研究意義12-15
• 1.2 銅柱凸點(diǎn)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 銅焊接概述15-17
• 1.2.2 銅柱凸點(diǎn)可靠性研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 Sn基鉛焊料研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 Sn基無鉛焊料概述19
• 1.3.2 焊料合金化研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.3 納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊料研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.4 納米顆粒對(duì)復(fù)合焊料/銅界面微觀組織生長(zhǎng)的影響機(jī)理21-22
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案23-34
• 2.1 α-Fe_2O_3納米顆粒的制備23-24
• 2.1.1 Fe3O4納米顆粒的制備23
• 2.1.2 Fe_2O_3納米顆粒的制備23-24
• 2.2 納米復(fù)合Sn鍍層的制備24-27
• 2.2.1 堿性電鍍鍍液的制備24-25
• 2.2.2 納米復(fù)合Sn鍍層制備流程25-27
• 2.3 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的制備27-29
• 2.4 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的互連性能測(cè)試29-31
• 2.4.1 高低溫循環(huán)性能測(cè)試29-30
• 2.4.2 熱老化性能測(cè)試30-31
• 2.5 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的接頭強(qiáng)度測(cè)試31-32
• 2.6 試樣的觀察及分析測(cè)試方法32-34
• 2.6.1 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)界面IMC的金相樣品的制備32
• 2.6.2 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)表面IMC的金相樣品的制備32
• 2.6.3 金相樣品的觀察手段和分析方法32-33
• 2.6.4 界面IMC尺寸計(jì)算方法33-34
• 第3章 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的表征34-39
• 3.1 Fe_2O_3納米顆粒的形貌觀察與物相分析34-35
• 3.2 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的形貌觀察和物相分析35-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第4章 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的高低溫循環(huán)性能研究39-64
• 4.1 不同循環(huán)次數(shù)下納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的微觀組織演變39-54
• 4.1.1 界面IMC的形貌與成分分析39-41
• 4.1.2 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)界面IMC生長(zhǎng)速率的影響規(guī)律41-49
• 4.1.3 表面IMC的形貌與成分分析49-51
• 4.1.4 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)表面IMC演變的影響規(guī)律51-53
• 4.1.5 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)微觀組織演變的作用機(jī)理53-54
• 4.2 不同循環(huán)次數(shù)下納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的接頭剪切強(qiáng)度研究54-61
• 4.2.1 α-Fe_2O_3納米顆粒對(duì)接頭剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律54-58
• 4.2.2 α-Fe_2O_3納米顆粒對(duì)剪切斷口的影響規(guī)律58-61
• 4.3 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)晶粒細(xì)化的作用機(jī)理61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的熱老化性能研究64-79
• 5.1 不同循環(huán)次數(shù)下納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的微觀組織演變64-73
• 5.1.1 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)界面IMC演變的影響規(guī)律64-72
• 5.1.2 α-Fe_2O_3納米顆粒添加濃度對(duì)表面IMC演變的影響規(guī)律72-73
• 5.2 不同循環(huán)次數(shù)下納米復(fù)合Sn帽銅柱凸點(diǎn)的接頭剪切強(qiáng)度研究73-77
• 5.2.1 α-Fe_2O_3納米顆粒對(duì)接頭剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律73-76
• 5.2.2 α-Fe_2O_3納米顆粒對(duì)剪切斷口的影響規(guī)律76-77
• 5.3 本章小結(jié)77-79
• 結(jié)論79-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單87-88
• 致謝88

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