【摘 要】
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电子芯片高度集成化促使3D-TSV封装互连点的持续微小化,微小化进程伴随着互连点温度梯度的不断增加,过大的温度梯度将导致互连高度20μm以下微互连点中金属间化合物（IMCs）的非均匀化生长,进而影响微互连点的力学性能和可靠性。因此,探明微互连点中IMCs的非均匀化生长规律及力学性能,已成为先进电子封装领域亟需解决的问题。实验分别采用Cu和Sn作为基体材料和钎料,利用自制夹具和无钎回流焊机制备初始C
【基金项目】
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国家自然科学基金（U1704147）,Ni3Sn4籽晶诱导性能可控的单晶微互连点形成机理研究,2018.01.01-2020.12.31； 河南省教育厅青年骨干教师项目（2019GGJS085）基金；
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电子芯片高度集成化促使3D-TSV封装互连点的持续微小化,微小化进程伴随着互连点温度梯度的不断增加,过大的温度梯度将导致互连高度20μm以下微互连点中金属间化合物（IMCs）的非均匀化生长,进而影响微互连点的力学性能和可靠性。因此,探明微互连点中IMCs的非均匀化生长规律及力学性能,已成为先进电子封装领域亟需解决的问题。实验分别采用Cu和Sn作为基体材料和钎料,利用自制夹具和无钎回流焊机制备初始Cu/Sn/Cu微互连结构试样,并通过温度梯度和等温键合实验平台分别制备Cu/Sn/Cu微互连结构测试试样;利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电子万能试验机等手段对试样的微观组织结构和力学性能进行了表征和测试,通过保持热端温度不变,只改变冷端温度的方法,研究了相同温度梯度下不同互连高度对微互连点中IMCs非均匀化生长的影响规律,并探究了IMCs非均匀化生长对互连高度为15μm的微互连点力学性能及断裂机制的影响。研究结果表明:（1）温度梯度2000℃/cm下互连高度为15μm的Cu/Sn/Cu微互连点冷、热端界面IMCs出现了非均匀化生长现象,随键合时间增加冷端界面IMCs平均厚度逐渐增加,键合7min时生成全IMCs互连点,IMCs的形貌从扇贝状逐渐演变为柱状,热端界面IMCs厚度和形貌基本保持不变;冷端界面IMCs生长机制为反应控制,热端界面IMCs生长机制为晶界扩散控制。（2）相同温度梯度下互连高度为15μm、30μm和50μm的微互连点非均匀化现象表现出差异性,随着互连高度增加,冷端界面IMCs生长速率逐渐减小,键合5min后IMCs的形貌也从尖顶棱柱状演变为类扇贝状。（3）温度梯度下随着IMCs在微互连点中体积占比从20%升高到80%,微互连点的拉伸强度先增加后减小然后又增加,占比80%时拉伸强度最高,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂,断裂位置从钎料中转移到IMCs最后到Cu3Sn/Cu6Sn5界面。本文研究成果将对评估和提高电子芯片封装中微互连点的力学性能和可靠性提供实验基础数据和理论参考。
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