《基於納米多孔金屬的低溫熱壓鍵合技術研究》是依託華中科技大學，由陳明祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米多孔金屬的低溫熱壓鍵合技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳明祥
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
三維系統封裝是提高器件集成度，超越摩爾定律的重要手段，而降低熱壓鍵合溫度是三維系統封裝技術發展的關鍵，本研究對微納製造、三維封裝、異質集成技術的發展具有積極推動作用。研究內容包括：（1）理論分析納米熱壓鍵合界面的原子擴散與受壓變形行為，建立鍵合界面分子動力學（MD）模型，闡明納米熱壓鍵合的內在機制；（2）納米多孔金屬製備與性能測試，通過選擇性腐蝕（脫合金化）及其改進技術製備出尺寸與性能可控的納米多孔金屬（Cu、Au），滿足低溫熱壓鍵合需求；（3）基於納米多孔金屬的低溫熱壓鍵合試驗與套用研究，有效降低熱壓鍵合溫度、壓力和表面粗糙度要求。目前，三維系統封裝對低成本、高性能（低應力、高可靠性）製造提出了新的要求，迫切需要發展新型低溫鍵合技術。本項目實施為納米封裝與互連、低溫鍵合技術研發開闢了新思路，對促進系統封裝（SiP）、光電集成技術發展具有重要推動作用。
結題摘要
項目通過理論分析與分子動力學（MD）模擬，揭示納米熱壓鍵合界面原子擴散與受壓變形規律，並通過選擇性腐蝕技術製備出納米多孔銅作為鍵合層，實現了低溫熱壓鍵合。該研究為納米封裝與互連、低溫鍵合技術研發開闢了新思路，對促進系統封裝（SiP）、光電集成技術發展具有重要推動作用。主要研究內容與結論包括： （1）基於分子動力學模擬，建立了套用納米多孔銅（NPC）作為鍵合材料的納米熱壓鍵合模型；分析了鍵合溫度、壓力、納米多孔銅尺寸等因素對鍵合過程的影響；研究表明，空位遷移是納米多孔銅界面熱擴散的主導機制。 （2）系統研究了工藝條件（合金成分、去合金化溫度、腐蝕劑種類、元素摻雜、外加電場等）對納米多孔銅結構（尺寸和形貌）及性能的影響。結果表明，納米多孔銅材料的彈性模量和硬度隨韌帶尺寸減小而增加，但都明顯低於純銅塊體材料的硬度（約為10%-20%），適合作為熱壓鍵合材料。 （3）套用納米多孔銅作為鍵合材料，在低溫下（200℃和250℃）實現了納米熱壓鍵合，鍵合強度大於8MPa；掃描電子顯微鏡（SEM）和掃描超聲顯微鏡（SAM）測試表面，鍵合質量良好，鍵合界面無缺陷。 （4）基於納米熱壓鍵合原理，實現了三維封裝多層（7層和10層）堆疊鍵合；將納米熱壓鍵合技術套用於陶瓷覆銅板製備，開發出一種新型低溫鍵合陶瓷基板（LTBC），具有製備溫度低（低於400℃）、成本低，基板性能優良（熱應力低，可靠性好），環保無污染等優點，滿足大功率LED等功率器件封裝散熱需求。目前，該技術通過專利許可實現了技術轉化與產業化。項目實施期間，項目組成員參加國內外學術交流15人次，接待國內外學術交流6人次；培養博士生和碩士生5人；發表學術論文12篇（其中SCI論文4篇，Ei收錄論文7篇，1篇論文獲國際會議優秀論文獎）；申請並授權專利2項；獲2015年教育部技術發明一等獎，2016年國家技術發明二等獎。
