擇優取向銅柱凸點的鍵合技術與理論研究

《擇優取向銅柱凸點的鍵合技術與理論研究》是依託上海交通大學，由胡安民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：擇優取向銅柱凸點的鍵合技術與理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡安民
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

隨著微電子產品向高密度、輕小型化的快速發展，通過凸點鍵合的倒裝或疊層式封裝已成為主流封裝形式，銅柱凸點具有優異的導熱和導電性能，同時又可以實現高密度互連，是一種新型的、高密度的封裝技術。然而由於單個銅柱凸點所承載的電、熱和機械載荷日益加劇，如何抑制界面金屬間化合物的過度生長，提高其在多場（電場、熱場）等耦合作用下抗原子遷移能力是目前業界關注熱點。本項目擬通過電沉積法製備出的具有不同擇優取向的Cu（Ni）層，研究擇優取向的Cu（Ni）金屬與Sn基焊料之間的界面反應規律、界面金屬間化合物生長規律，界面孔洞萌生及擴展機制，界面裂紋萌生機制。期望為工業界提供一種性能優異的、高可靠性的擇優取向銅柱凸點。

結題摘要

銅柱凸點具有優異導熱和導電性能，同時又可以實現高密度互連，是一種新型的、高密度的封裝技術。抑制銅柱凸點界面金屬間化合物的過度生長，提高其在多場（電場、熱場）等耦合作用下抗原子遷移能力是目前業界關注熱點。本項目系統研究了擇優取向的Cu（Ni）金屬與Sn基焊料之間的界面反應規律、界面金屬間化合物生長規律，界面孔洞萌生及擴展機制，界面裂紋萌生機制。 （1）闡明了取向電鍍多晶銅界面形成機制 研究發現，不同取向的Cu/Ni基板與純Sn界面反應所形成的IMC形貌有明顯差異。更為重要的是，(220) Cu/ Sn界面的Cu-Sn IMCs的反應常數是 (200) Cu/ Sn界面的Cu-Sn IMCs反應常數的3倍多。不同的反應速度對空洞形成也有重大影響。由此，在此領域的研究不僅會促進銅柱凸點大規模工業化套用，同時也會促進相變、界面擴散等相關理論的發展。 （2）探索了擇優取向Sn焊層對界面演變規律及機理 對不同取向錫層的Cu/Sn擴散體系研究發現，(112)取向錫層的Cu/Sn界面上生成了最多的金屬間化合物和最多的孔洞，(420)取向擴散體系生成了最薄的界面IMC最少的孔洞。對孔洞的形成機制的研究發現，孔洞形成有兩種類型，分別是初期Cu原子通過晶間擴散形成的晶間孔洞和後期Cu原子通過晶內擴散形成的晶內孔洞。該發現為銅柱凸點焊錫層製備提供了理論指導。 （3）探究了微凸點錫晶鬚生長行為及形成機理 對微凸點錫晶鬚生長行為及形成機理進行了研究，發現孿晶面是錫晶須的形核點，並有助於錫晶須的進一步生長等微凸點錫晶鬚生長規律，為微凸點錫晶須控制提供了理論指導。 （4）研究了微凸點微尺度效應及相關機理 凸點中界面IMC的生長速度與凸點直徑密切相關，直徑越小，生長速度越快。添加適當阻擋層有效提高凸點界面反應速度及界面空洞形成速率。為微凸點製造及可靠性提供了理論保證。 我們目前已與工業界合作，期望獲得高性能、高可靠性的銅柱凸點。