《三維電子封裝關鍵結構-TSV的微觀與巨觀力學行為研究》是依託北京工業大學，由秦飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維電子封裝關鍵結構-TSV的微觀與巨觀力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦飛
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對下一代三維封裝技術的關鍵結構單元-矽通孔（TSV），採用實驗、理論分析和數值模擬方法，研究TSV結構的微觀-巨觀力學行為，建立其分析模型。主要研究內容為：發展一種TSV-Cu殘餘應力測試方法，研究電鍍工藝條件與殘餘應力的關係，建立殘餘應力預測模型；研究TSV-Cu的微觀力學行為，並建立巨觀計算模型；實驗研究TSV-Cu/Ta/SiO2/Si界面失效模式，建立界面力學行為的微觀和巨觀模型，提出界面完整性評價指標和方法；研究TSV-Cu和TSV界面在工藝條件和服役條件下的變形機制，提出TSV-Cu的脹出量/縮進量計算模型；將上述成果集成套用於TSV轉接板的熱機械可靠性分析。研究目標為：給出TSV結構在主要工藝和服役條件下力學行為的清晰圖像，為TSV工藝改進提供依據，為三維TSV封裝技術的熱機械可靠性設計提供工程化分析模型和工具，為TSV轉接板封裝產品的熱機械可靠性設計提供建議。
結題摘要
矽通孔(TSV)結構是三維電路集成和器件封裝的關鍵結構單元。TSV 結構是由電鍍銅填充的Cu-Si複合結構，該結構具有Cu/Ta/SiO2/Si 多層界面，而且界面具有一定工藝粗糙度。TSV結構中，由於Cu和Si的熱膨脹係數相差6倍，致使TSV器件熱應力水平較高，引發嚴重的熱機械可靠性問題。這些可靠性問題影響TSV技術的發展和套用，也制約了基於TSV 技術封裝產品的市場化進程。本項目通過實驗研究、理論分析和數值模擬，研究了TSV結構在主要工藝和服役條件下微-巨觀力學行為。具體工作包括：發展了一套有限元數值模擬、綱量分析和納米壓痕實驗相結合的反演分析方法，對TSV-Cu彈塑性力學性能進行研究，確定了TSV-Cu的冪指數型應力-應變關係。發展了一套有效的TSV-Cu殘餘應力測試方法，測量鍍銅的殘餘應力，建立殘餘應力預測模型，為TSV電鍍工藝改進提供依據；實驗研究了TSV-Cu在工藝條件與溫度載荷下的變形行為，建立了工藝條件與微結構特徵的聯繫，研究了TSV-Cu晶粒尺寸與分布對其力學行為的影響，提出了描述TSV-Cu微結構特點的微-巨觀計算模型；實驗研究TSV-Cu/Ta/SiO2/Si 界面失效模式，建立了TSV界面應力、變形和破壞行為聯繫。根據研究結果，提出界面完整性評價指標和方法，為TSV結構設計和工藝改進提供依據；提出了TSV轉接板封裝產品組裝工藝的可靠性設計規範建議。
