《基於分裂自組裝現象的TSV磁性錫液填充機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由徐鴻博擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於分裂自組裝現象的TSV磁性錫液填充機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐鴻博
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
解決TSV的缺陷問題是電子封裝領域創新研究的熱點。由於沉積式的填充本質，主流的TSV填充技術容易產生空洞缺陷。開發非沉積式填充技術能從本質上解決這種缺陷問題，具有重要的創新意義和實際套用價值。本項目提出一種磁性錫液填充技術，能夠有效的解決TSV填充缺陷問題，控制錫對矽晶圓和反應腔的污染問題，是一種低成本、套用前景廣闊的新型非沉積式TSV填充技術。本項目擬針對該項技術的理論基礎開展科學研究工作，詳細深入地探討磁性錫液最佳化設計準則、納米顆粒冶金動力學、IMC生長動力學、錫液磁性產生機理和分裂自組裝機理等科學問題，建立IMC生長模型和分裂自組裝物理模型，解決錫液的磁性穩定性問題和有序細化的問題。本項目的研究成果將對於磁流體分裂自組裝新現象的科學闡述、對於新型TSV技術的開發與套用、對於提升電子封裝領域原始創新能力都具有重要意義。
結題摘要
磁性釺料是一種利用磁場進行固液轉變與運動形態控制的智慧型材料，其磁控分裂自組裝特性近年來獲得關注，然而無論是在材料、工藝、性能還是在套用方面均處於尚不成熟的研究探索階段。本項目在實驗中嘗試了三種不同的方案進行研究：1. 釺料基體中添加納米級磁性粉末（Fe或Ni）製備磁性釺料2. Fe3O4磁流體中添加電子墨水製備磁性導電流體3. 釺料基體中添加微米級磁性粉末（Fe或Ni）製備磁性釺料項目研究了：1. 納米Ni顆粒與錫的冶金反應。固相條件下Sn原子向Ni納米顆粒的擴散，實驗發現Sn原子向Ni納米顆粒快速擴散形成片狀Ni基固溶體。納米顆粒中的Ni原子在液態釺料中的溶解速度非常快，尺寸越小，溶解速度越快。驗證了納米Ni顆粒與液態釺料接觸，先發生Ni原子向液態釺料的溶解，後發生界面冶金反應生成金屬間化合物(IMC)。2. 微米磁性顆粒與錫的冶金反應動力學。結合IMC生長模型闡明磁性釺料產生磁性的機理，明確微米磁性金屬顆粒釺料的磁學穩定性。研究了磁性釺料釺焊過程，實驗發現釺焊過程中添加磁場，能夠改善釺料的潤濕鋪展性能，促進界面IMC的形成，在更短的時間內達到釺焊接頭的強度最優值。3. 研究了上述三種方案實現分裂自組裝的可能性。實驗證明方案1中釺料熔體的磁性不夠，不能實現分裂自組裝；方案2的磁流體可以實現分裂自組裝，但是在與電子墨水混合的過程中破壞了磁流體的膠體狀態形成沉澱，失去了磁流體的磁控分裂自組裝性能；方案3可以實現磁性流體的磁控分裂自組裝。基於上述研究，建立磁性釺料的磁控分裂自組裝的物理模型。本項目中研究的磁性釺料中，磁性顆粒的微米尺度與電子封裝結構中的TSV通孔相比過大，因此在項目原計畫的TSV填充中套用仍存在困難。但是該方法在無接觸運動形態控制、固液容易轉換等方面的特點，有望在新的套用領域（如增材製造）有很好的前景。
