基于微納米陣列材料的低溫互連技術(shù)研究.pdf

1、近幾年來隨著各種各樣高密度微電子封裝技術(shù)的發(fā)展,對封裝技術(shù)的電子微互連技術(shù)提出了更高的要求：首先是互連方式的轉(zhuǎn)變,傳統(tǒng)的外圍部線互連鍵合技術(shù)限制了高密度3D封裝的疊層數(shù)量和尺寸,將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕ace to Face式互連,即凸點對凸點的互連；其次降低互連溫度的要求將越來越強烈,隨著3D封裝疊層數(shù)量的增加,芯片厚度將越來越薄,焊點越來越細小,高的互連溫度會嚴重影響封裝的可靠性。為此我們提出了一種基于鎳基微納米陣列材料的新型低溫互連方法,微

2、納米陣列材料表面特殊的縱向有序的針狀晶結(jié)構(gòu),與其它材料復合時,由于物理的鑲嵌咬合作用,可以獲得極高的結(jié)合強度。該方法的關(guān)鍵技術(shù)具體包括三部分,一是焊點一側(cè)表面具備微納米陣列材料和焊點另一側(cè)的軟焊料層；二是適切的熱壓焊接；三是時效熱處理技術(shù)。本實驗室開發(fā)的電沉積法制備鎳基微納米陣列技術(shù)工藝簡單、成本低廉,為本低溫互連技術(shù)提供了必要條件；而后通過適切的熱壓焊接使得軟焊料與微納米陣列實現(xiàn)嵌入式結(jié)合；通過熱處理時效使得焊點實現(xiàn)化學結(jié)合,具有更為

3、可靠的焊接效果。本文主要通過對本低溫互連技術(shù)中的微納米陣列材料型貌、熱壓焊接技術(shù)參數(shù)(如熱壓溫度和熱壓壓力等)、時效熱處理時間和焊點結(jié)合機理等的系統(tǒng)研究,可以獲得如下結(jié)論： 1.通過調(diào)整電沉積時間控制鎳基微納米陣列材料的針狀晶尺寸,當針狀晶在500nm-800nm時有利于焊料的嵌入,可以得到較好的結(jié)合效果。對表面微納米陣列鍍金防氧化處理,可以改善焊接效果。2.熱壓焊接后焊點實現(xiàn)了嵌入式結(jié)合,其焊接強度隨著熱壓溫度和壓力的提高而顯著提高,

4、當熱壓溫度高于180℃,壓力高于550gf/p時提高幅度趨于平緩。3. SnAgCu系焊料表面硬度低于SnZn系焊料,采用本低溫互連技術(shù),SnAgCu系焊料的焊接效果要優(yōu)于SnZn系焊料。4.焊點經(jīng)過熱處理后,焊接效果有顯著提高,實現(xiàn)了化學結(jié)合,錫鎳結(jié)合界面擴散行為以非反應(yīng)擴散為主,反應(yīng)擴散為輔,且沒有傳統(tǒng)回流焊產(chǎn)生的脆性金屬間化合物層,由金屬間化合物形成熱模型預(yù)測可能生成的擴散化合物為Ni3Sn4。5.微納米陣列材料表面的微納米結(jié)構(gòu)具