《基於石墨烯擴散阻擋層的微焊點界面擴散及演變機理》是依託哈爾濱理工大學，由劉洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於石墨烯擴散阻擋層的微焊點界面擴散及演變機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉洋
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微電子器件高集成、微型化趨勢加劇了作為電氣連線的微焊點負荷，抑制界面金屬間化合物(IMC)粗化所導致的界面脆化成為提升微焊點和器件可靠性的關鍵之一。針對此問題，本項目擬採用化學氣相沉積法(CVD)製備的銅基石墨烯基板(G-Cu)進行釺焊連線，通過微焊點界面處的石墨烯層抑制由於界面元素擴散所導致的界面惡化。以本領域套用最廣泛的SAC305為釺料，開展SAC305/G-Cu釺焊連線的相關基礎研究。分析添加石墨烯層厚度對釺焊過程中釺料潤濕鋪展特性、界面反應、連線性能的影響機制；構建釺焊界面在液-固、固-固界麵條件下的界面結構物理模型與IMC生長動力學本構方程；研究石墨烯層對釺焊界面IMC在溫度、電流兩場作用下生長行為與電遷移特性的影響機制；闡明石墨烯層對界面元素擴散的阻擋機制；揭示石墨烯擴散阻擋層作用下的界面IMC演變機理。項目研究成果對探索新一代無鉛軟釺焊基板材料與結構提供理論基礎。
結題摘要
隨著電子信息產業高速發展，高集成、高性能、小型化成為電子產品的主流發展趨勢。作為晶片與基板間熱、電、力等方面互連載體的焊點尺寸隨之減小，相應其所承載的負荷則急劇增大。微焊點的性能及可靠性直接影響電子產品的整體壽命，因此當今微電子互連技術成為影響電子信息產業發展的技術瓶頸。釺料與基板之間所形成界面金屬間化合物(IMC)的粗化極大地降低了微焊點的可靠性。為了抑制界面IMC在焊接與時效過程中的過度生長，本項目以熔煉的方式將Ni元素添加到SAC305釺料中，並使其在普通銅板(Cu)、高溫處理銅板(H-Cu)和石墨烯銅板(G-Cu)三種基板上進行潤濕鋪展形成微焊點。對無鉛焊點的界面IMC層演變規律和體釺料的力學性能進行研究分析，為其進一步的實際運用提供充分的理論依據。主要結論如下：1.微量的Ni元素可以提升體釺料的潤濕性能；對比釺料在Cu與G-Cu的潤濕性能，發現在G-Cu基板上的潤濕性能較好，基板上的石墨烯鍍層可以提升釺料潤濕性能。2.G-Cu基板表面上的石墨烯鍍層對焊點體釺料的微觀組織產生了細化的作用。隨著釺料中Ni含量的增加，焊點體釺料中的β-Sn數量急劇上升，共晶組織的面積減小。3.對比G-Cu與Cu基板的界面IMC的厚度，發現G-Cu基板的IMC厚度較低，表明基板石墨烯鍍層可抑制界面IMC的生長。4.隨著高溫時效時間的增加，界面IMC的厚度也在逐漸增加。石墨烯鍍層可以抑制時效過程中元素的擴散，降低IMC的生長速率。5.基板表面的石墨烯鍍層在焊接過程中部分擴散到體釺料中，從而對焊點體釺料的硬度產生影響。通過本項目的開展，證實了石墨烯二維結構材料在電子封裝互連結構中套用的可行性，明確了石墨烯層在釺焊界面反應與連線過程中的作用，闡明了石墨烯層對界面元素擴散的阻擋機制，揭示了石墨烯擴散阻擋層作用下的界面IMC演變機理，為研究發展新一代微電子封裝基板材料與結構提供理論基礎。
