基于納米銅介質(zhì)材料的銅-銅互連力學(xué)及電學(xué)性能研究.pdf

1、在微電子封裝技術(shù)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(yīng)等瓶頸，而納米銅介質(zhì)材料低溫?zé)Y(jié)形成的銅-銅互連是最佳解決途徑之一。本文以納米銅介質(zhì)材料獲得的銅-銅互連結(jié)構(gòu)為研究對象，探索了不同有機(jī)溶劑系統(tǒng)、不同焊接工藝條件對銅-銅互連結(jié)構(gòu)性能的影響，并通過在納米銅介質(zhì)材料中添加酚醛樹脂，研究了酚醛樹脂強(qiáng)化銅-銅互連結(jié)構(gòu)的規(guī)律。
　　本研究主要內(nèi)容包

2、括：⑴通過使用不同的有機(jī)溶劑系統(tǒng)，研究了有機(jī)溶劑系統(tǒng)對銅-銅互連結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)驗(yàn)表明：在低溫焊接工藝（240℃）下，銅-銅互連結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度隨著有機(jī)溶劑系統(tǒng)揮發(fā)點(diǎn)的升高而先增加后減少，而高溫焊接工藝（300℃）下，剪切強(qiáng)度隨有機(jī)溶劑系統(tǒng)揮發(fā)點(diǎn)的升高而增加。這是由于高揮發(fā)點(diǎn)的有機(jī)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(dǎo)致包覆層阻礙了銅納米顆粒的燒結(jié)；高溫則有利于高揮發(fā)點(diǎn)的有機(jī)成分的分解，從而獲得較高剪切強(qiáng)度的銅-銅互連結(jié)構(gòu)。⑵通

3、過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，分析了焊接溫度、保溫時(shí)間以及焊接氣氛對銅-銅互連結(jié)構(gòu)剪切強(qiáng)度的影響，并使用極差分析法得出最佳工藝條件組合，結(jié)合方差分析法判斷了各工藝條件對銅-銅互連結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響的顯著性；數(shù)據(jù)表明：對銅-銅互連結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度影響最為顯著的工藝因素是焊接溫度，其剪切強(qiáng)度隨著溫度的升高而提高，而保溫時(shí)間以及焊接氛圍對其剪切強(qiáng)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(shí)間15 min，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。而焊接氣氛與焊接溫

4、度、保溫時(shí)間之間則存在有一定的交互作用。⑶通過向納米銅介質(zhì)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(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、電氣性能和銅納米顆粒燒結(jié)組織的影響，并分析了具體影響機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：PF的添加提高了銅-銅互連結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度，這是因?yàn)檫m量添加的PF填充了燒結(jié)組織中的空穴，包覆了燒結(jié)組織，因此增強(qiáng)了銅-銅互連結(jié)構(gòu)。銅-銅互連結(jié)構(gòu)的電氣性能隨添加量的增加而減弱，這是由于PF