基于微纳米阵列材料的低温互连技术研究
Research of Low Temperature Bongding Technology Based on Micro-Cones Arrays
近几年来随着各种各样高密度微电子封装技术的发展,对封装技术的电子微互连技术提出了更高的要求:首先是互连方式的转变,传统的外围部线互连键合技术限制了高密度3D封装的叠层数量和尺寸,将逐渐转变为Face to Face式互连,即凸点对凸点的互连;其次降低互连温度的要求将越来越强烈,随着3D封装叠层数量的增加,芯片厚度将越来越薄,焊点越来越细小,高的互连温度会严重影响封装的可靠性.为此我们提出了一种基于镍基微纳米阵列材料的新型低温互连方法,微纳米阵列材料表面特殊的纵向有序的针状晶结构,与其它材料复合时,由于物理的镶嵌咬合作用,可以获得极高的结合强度.该方法的关键技术具体包括三部分,一是焊点一侧表面具备微纳米阵列材料和焊点另一侧的软焊料层;二是适切的热压焊接;三是时效热处理技术.本实验室开发的电沉积法制备镍基微纳米阵列技术工艺简单、成本低廉,为本低温互连技术提供了必要条件;而后通过适切的热压焊接使得软焊料与微纳米阵列实现嵌入式结合;通过热处理时效使得焊点实现化学结合,具有更为可靠的焊接效果.本文主要通过对本低温互连技术中的微纳米阵列材料型貌、热压焊接技术参数(如热压温度和热压压力等)、时效热处理时间和焊点结合机理等的系统研究,可以获得如下结论: 1.通过调整电沉积时间控制镍基微纳米阵列材料的针状晶尺寸,当针状晶在500nm-800nm时有利于焊料的嵌入,可以得到较好的结合效果.对表面微纳米阵列镀金防氧化处理,可以改善焊接效果.2.热压焊接后焊点实现了嵌入式结合,其焊接强度随着热压温度和压力的提高而显著提高,当热压温度高于180℃,压力高于550gf/p时提高幅度趋于平缓.3. SnAgCu系焊料表面硬度低于SnZn系焊料,采用本低温互连技术,SnAgCu系焊料的焊接效果要优于SnZn系焊料.4.焊点经过热处理后,焊接效果有显著提高,实现了化学结合,锡镍结合界面扩散行为以非反应扩散为主,反应扩散为辅,且没有传统回流焊产生的脆性金属间化合物层,由金属间化合物形成热模型预测可能生成的扩散化合物为Ni3Sn4.5.微纳米阵列材料表面的微纳米结构具有较高的活性,且为扩散行为提供了大量的界面,促进了其与焊料的扩散.以上研究为基于微纳米阵列材料的低温互连技术奠定了基础,为3D高密度封装提供了在一种新型绿色低温互连方法.
- 作者：
- 徐坡
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 毛大立；李明
- 中图分类号：
- TB383.1
- 关键词：
- 电子封装；低温互连；微纳米阵列；热压焊接；热处理
- electronic packaging； low temperature bonding technology； micro-cones array； pressing bonding； heat treatment