一、对微电子封装中关键性问题的探讨（论文文献综述）
卫婷婷[1]（2021）在《泛摩尔时代下的领潮者——记上海大学微电子学院院长古元冬》文中研究说明1965年,英特尔创始人之一戈登·摩尔曾总结道:当价格不变时,集成电路上可以容纳的元器件数目每隔约18个月便会翻番,性能也将相应提升。这就是我们今天耳熟能详的"摩尔定律"。这虽是一项经验性预测,却在一定程度上揭示了信息技术进步的速度,也在过去数十年间被微电子产业界奉为圭臬。可以毫不夸张地说,"摩尔定律"是现代社会最重要的"定律"之一。然而,随着如今半导体器件的特征尺寸趋近物理极限,先进制程的研发进度已然显着慢于"摩尔定律"的预期,
李振豪[2]（2020）在《低银复合焊料合金和焊点微观结构及其力学性能研究》文中提出随着微电子产品的持续小型化和多功能化趋势的发展,微电子封装中焊点的尺寸越来越小,界面间的金属间化合物（IMC）所占比例变大,由于焊点界面IMC的脆性以及各组件间存在的热失配问题,这在一定程度上增加了焊点失效的可能性。同时焊料的力学性能及其微观结构的演化也是影响焊点可靠性的重要因素,因此对焊料力学性能和焊点微观结构演化的研究成为当前微电子封装可靠性研究的关键科学问题之一。为了进一步优化低银无铅焊料的性能,本文对低银焊料Sn-0.3Ag-0.7Cu掺杂氧化铈（CeO2）纳米粒子制备了复合焊料,探索了再流焊过程中掺杂氧化铈（CeO2）纳米粒子对金属间化合物的生长及界面微观结构的影响机理,并对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x CeO2复合焊料合金的剪切性能、蠕变行为及低周疲劳等力学性能及相关机理进行了系统的研究。研究的主要内容和结果如下:研究掺杂CeO2纳米粒子对复合焊料合金在再流焊过程中的微观演化及界面间化合反应影响的结果显示,添加CeO2纳米粒子后复合焊料合金的微观结构得到优化,焊料/Cu界面间及Sn基体内的IMC晶粒得到细化,在掺杂CeO2的浓度为0.5 wt.%时,可达到最佳的细化效果;界面间IMC的厚度和晶粒尺寸均随再流焊时间的延长而增加,CeO2纳米粒子的加入对界面间IMC的生长具有明显抑制作用;为进一步研究及分析复合焊料合金在再流焊过程中界面间IMC的生长机理,基于质量守恒理论、菲克扩散理论及准稳态近似方法提出了一种扩散控制的IMC生长动力学模型,模型得到的结果显示,界面间Cu原子的扩散率在再流焊早期有最大值,并很快出现快速下降趋势,随后趋于稳定,这与界面间IMC层的形成和生长数据相符,模型计算结果与理论分析相吻合,这说明该扩散模型可用于进一步解释复合焊料合金焊点界面间IMC的生长过程及界面间Cu原子的扩散机理;CeO2纳米粒子的添加对界面反应过程中Cu原子的扩散行为的影响符合非均相成核机制。研究CeO2纳米粒子的添加对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCeO2复合焊料合金剪切性能影响的结果显示,掺杂CeO2纳米粒子后复合焊料合金的剪切性能有明显提升,其机理在于添加的CeO2纳米粒子可抑制焊料合金中共晶相的生长,而更小的共晶相的钉扎作用更明显,因此增强了复合焊料合金的剪切性能。当掺杂CeO2纳米粒子的含量为0.5 wt.%时,可获得最佳剪切性能的复合焊料合金;基于幂律及阿诺其关系式提出了一种温度、应变率和最大剪切应力关系的修正模型,模型计算结果与剪切实验数据吻合较好,因此新的模型可用于分析复合焊料合金的剪切性能及理解温度、应变率对剪切性能的影响机理。掺杂CeO2纳米粒子使IMC细化后,因剪切作用形成的孔洞及韧窝状结构尺寸更小,因而孔洞更难于链接起来形成裂纹或更大的孔洞,从而推迟了更大的孔洞及裂纹的形成,因此提高了复合焊料合金的剪切性能。研究Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO2复合焊料合金在不同应力、温度下蠕变行为的结果显示,复合焊料合金的蠕变激活能为40.87-48.61 kJ/mol,蠕变激活能已较为接近高银焊料Sn-3.9Ag-0.6Cu与Sn-3.8Ag-0.7Cu的水平,说明CeO2纳米粒子可有效提高低银焊料合金的蠕变激活能,使其在Ag含量较低的情况下就拥有接近高银焊料合金的蠕变性能;Sn-0.3Ag-0.7Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO2的派-纳力和位错滑移激活能都较小,说明了焊料合金内的位错滑移的障碍阻力较小,因此位错滑移极易发生。含CeO2纳米粒子的焊料合金的派-纳力和滑移激活能都大于不含CeO2纳米粒子的焊料合金,表明复合焊料合金的位错滑移阻力更大,因此力学性能要优于不含CeO2纳米粒子的焊料合金。文中基于奥罗万应力理论探讨了复合焊料合金在不同温度下的内应力阈值应力,同时结合内应力提出了一种改进的蠕变模型。结果显示,改进的蠕变模型对Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO2复合焊料合金的蠕变行为模拟结果优于原模型。研究Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO2复合焊料合金低周疲劳行为的结果显示,疲劳寿命指数、材料延性系数随着温度的升高而降低,这反映了温度的升高将降低复合焊料合金的低周疲劳寿命及焊料合金的延展性能;结果还显示疲劳指数和延性系数对频率有较强的依赖性,因此对Coffin-Manson关系式进行了频率修正,并建立了频率指数、低周疲劳寿命指数、材料延性系数与温度的关系式。修正模型对不同频率及不同温度对复合焊料合金低周疲劳寿命的影响有较好的消除作用。
刘孝刚[3]（2019）在《基于有限元方法的MEMS器件封装可靠性研究》文中进行了进一步梳理MEMS（Micro-Electro-Mechanical-Systems,微机电系统）器件具有体积小,功耗低,可靠性高等优点。广泛用于汽车电子,消费电子,航空航天,生物医学、环境监控和信息等领域。为了适应不断变化的市场需求,不得不加快MEMS器件设计周期,缩短MEMS器件开发流程,提高MEMS器件可靠性。MEMS器件的可靠性主要是取决于MEMS封装的可靠性,因而为了保障MEMS产品稳定有效的运行,对MEMS封装进行可靠性研究是十分关键的。基于工艺力学的有限元仿真工具被广泛应用MEMS器件封装工艺设计及可靠性研究。本文对MEMS器件封装结构在不同环境下可靠性进行了有限元仿真分析。主要研究内容如下:首先,通过万能材料试验机,纳米压痕测试仪,差分扫描量热仪等各种测试仪器,按照ASTM,GB/T,ISO等相关测试标准进行测试,获得了MEMS封装所涉及高聚物的真实热机械性能数据,并搭建了MEMS封装材料数据库。其次,通过有限元分析软件对基于引线框架塑封MEMS压力模块封装工艺及高低温循环下可靠性进行分析,并采用云纹干涉法测试塑封MEMS压力模块在不同温度下的位移以此来验证仿真结果。针对塑封MEMS压力模块在后封装工艺的表面贴装工艺失效特点,通过仿真分析提供了优化设计方案。最后,对MEMS陀螺仪叠层封装结构在高低温度循环、机械振动、机械冲击、湿度、通电五种应力环境下应用有限元仿真分析,提出了一种有效的可靠性分析模型,为MEMS陀螺仪封装工艺优化提供了新的思路。
梁水保[4]（2019）在《电-热-力场作用下微互连中微观组织演化及其对可靠性影响的相场模拟研究》文中研究表明随着集成电路封装和集成技术的高速发展,微互连焊点尺寸和间距持续减小。目前应用于三维封装和集成中的微互连焊点和Cu填充硅通孔（TSV）结构的尺寸通常为微米级,微焊点和Cu填充TSV这两种微互连结构中的微观组织演化及其不均匀性对其在电-热-力场下服役时的宏观性能和可靠性影响更为显着。本文工作主要采用相场法从“宏观物理场作用–微观组织演化–宏观性能和可靠性影响”的角度研究了上述两种微互连结构中的微观组织演化及其对可靠性的影响。首先,采用晶体相场法研究了微互连焊点中柯肯达尔（Kirkendall）空洞的形核及生长规律,随后用相场法分别研究了电场和温度梯度作用下焊点中微空洞的演化规律,并探讨了多个微空洞在电场作用下的迁移粗化规律及其对微焊点所承载电压及开路失效的影响;创建了用于研究电场作用下金属材料中晶界迁移和晶粒生长演化的相场模型,并研究了微互连焊点中的β-Sn晶界迁移和晶粒择优生长规律;研究了电场作用下BGA结构Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点中的微观组织演化、宏观电学和力学性能的变化及微-宏观内在交互作用机制;研究了温度梯度作用下近线型Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点中的微观组织演化和热传输性能的变化规律,阐明了微观组织不均匀性与热传输性能变化的作用机理;最后采用相场法研究了Cu填充TSV结构中晶粒形貌演化与热-力行为的交互作用及其物理机制。研究结果表明,Kirkendall空洞的演化过程可分为四个阶段:孕育、形核、生长、愈合,微互连Cu/Cu3Sn界面位向差的增大会促进微空洞的形核,导致微空洞数目增加。研究还发现,电场作用下微空洞向低电势侧迁移,且电场强度较低时,微空洞的迁移速度恒定;微空洞的迁移速度与空洞的半径呈反比,而随着电场强度增大呈线性增大;电场强度足够大时,圆形微空洞定向迁移的同时其演化形貌失稳,甚至呈扁平状。温度梯度下微空洞向冷端迁移,其迁移速度随温度梯度增加而增大,温度梯度足够大时微空洞演化也出现失稳现象;温度梯度下微互连中局部温度不均匀性可使微空洞向低温区聚集合并粗化,直至形成裂纹状微空洞。电场作用下多空洞均会向阴极侧迁移,导致微互连焊点的电压升高,且较低电场下微互连焊点在开路失效时的电压变化幅度更大,电场可加速多空洞的粗化。对电场作用下β-Sn晶界定向迁移和晶粒择优生长行为的研究结果表明,晶界向阳极侧迁移,且c轴垂直于电流方向时该晶粒会优先生长,使得体系两端的电压降低。晶粒择优生长导致的晶粒收缩或生长速度与电流密度呈正比例关系,高密度电流可导致晶粒形貌在定向迁移时演化失稳,即呈扁平状向阳极侧迁移,系统两端的电压随电流加载时间延长而变化。研究还发现,高密度电流作用于均匀多晶体系时不同取向晶粒出现竞争性生长,而不均匀多晶体系中c轴与电流方向夹角较小的晶粒其长大速度减小甚至快速被周围低电阻晶粒吞并,且高密度电流（1×105 A/cm2）作用下使晶粒形貌演化严重失稳,晶粒不再呈多边形状。对电场作用下BGA结构Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点的微观组织演化和宏观物理性能变化的研究结果表明,Bi原子沿电子流动方向迁移,导致阴极和阳极侧分别形成富Sn层和富Bi层,产生高度不均匀的微观组织,进而导致钎料体中电流密度不均匀分布,且电流主要经过富Sn相传导而尽量绕过富Bi相;微焊点的电阻随着电流加载时间的延长而逐渐增大,钎料体内最大电流密度则逐渐下降;Sn-58Bi钎料中微观组织不均匀性导致其中von Mises应力分布不均匀,富Sn相中的应力高于富Bi相,而富Bi和富Sn相的重新分布使微焊点中的平均von Mises应力随电流加载时间延长而降低;电流应力作用下富Bi相的粗化速度明显大于等温热时效时的粗化速度。对温度梯度作用下线型Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点的相分离行为和热物理性能的研究结果表明,Bi原子沿热通量方向迁移,Bi原子在冷端偏析而聚集形成富Bi层,在热端形成富Sn层;温度梯度下富Bi相的粗化相比于等温时效条件下更快,且富Bi相的等效半径随时间而呈线性增加;热通量优先通过富Sn相传导而绕过富Bi相,且在两相间产生显着的温度梯度;富Bi相的迁移及偏聚导致Sn-58Bi钎料的热导率显着下降。研究结果还表明,随温度升高,TSV铜柱经历弹性变形、弹-塑性变形、塑性变形共三个阶段;铜柱中不同取向晶粒中应力和应变不同,使得铜柱内应力和应变呈现不均匀分布,各晶粒发生塑性变形的程度亦与其晶粒取向密切相关;铜柱中的平均von Mises应力和平均等效塑性应变随铜柱内晶粒平均尺寸的增大而降低,但当铜柱内晶粒数目较少（即晶粒平均尺寸很大）时,铜柱中平均von Mises应力和平均等效塑性应变随铜柱内晶粒平均尺寸的增加而增大;随铜柱中晶粒平均尺寸的增大,铜胀出量先减小后增大,且Cu/SiO2界面的剥离可使得TSV中铜胀出量显着增加;服役过程TSV中Cu晶粒力学性能的各向异性对TSV中热应力分布的影响更为显着,热应力会驱使TSV中具有低杨氏模量的Cu晶粒优先生长,导致铜柱中平均von Mises应力降低,且TSV铜柱中平均弹性应变能密度逐渐降低。
徐涛[5]（2018）在《Cu/Ni（P）双镀层锡基焊点界面结构及其性能研究》文中研究指明电子元器件中无铅锡基互连焊点的可靠性问题已经成为电子封装可靠性研究的重点内容之一,特别是关于焊点的界面形貌、微观结构与其可靠性的相互关系,使得这一部分更加受关注。当前SnAgCu系无铅钎料已经在电子封装领域内得到广泛应用,但在应用中依然有焊点可靠性问题值得深入研究。本文选择应用较广的Sn-3Ag-0.5Cu（SAC305）无铅钎料作为实验使用的焊料。为了研究SAC305/Cu焊点在不同固态时效温度条件下（尤其是高温）的界面结构以及形貌演化,采用120 o C、180 oC和200 oC三个不同的固态时效温度对SAC305/Cu焊点进行老化实验,其中最高时效温度200 oC已非常接近SAC305焊膏的熔点（217oC）。实验结果表明,回流焊后焊点界面只有扇贝状Cu6Sn5金属间化合物（IMC）出现,而在随后的时效中才发现Cu3Sn相出现。在中低温度时效条件下,初始的扇贝状Cu6Sn5 IMC转化为平坦层状,但在高温时效条件下,转化为驼峰状。界面IMC的驼峰形貌主要形成原因是IMC表面Cu原子的异质形核的累积生长主宰了界面的生长形式。界面Cu6Sn5和Cu3Sn相的生长与时效时间的平方根成线性关系,即表明在时效过程中IMC的生长遵循体扩散机制。经计算,焊点界面总IMC、Cu6Sn5和Cu3Sn的激活能分别为115.2、122和98 kJ/mol。为了研究Cu/Ni（P）双镀层的阻挡层效果及其固态时效下的界面生长形貌,对SAC305/Cu-Ni（P）/Cu双镀层焊点在250oC下回流10分钟后进行不同温度的固态时效且观察其在高温时效过程焊点界面的形貌变化。实验结果表明,在150oC时效条件下,1.19μm厚度的镀层依然具有很好的屏障作用。随着时效温度和时间的延长,镀层的厚度逐渐变薄甚至消失。在接近熔点的210oC固态时效条件下,镀层变薄并消失的速度很快且在之后抑制界面相互扩散的效果不再明显,这与镀层厚度有关。界面形成新的化合物（Cu,Ni）6Sn5。与无镀层焊点的界面比较,双镀层对于界面化合物的生长具有非常明显的抑制效果。针对纯铜板、镀Ni（P）基板和双镀层基板的焊点性能评估采用了剪切实验。实验结果表明,在1mm/min的剪切加载速率下,随着时效时间的延长,纯铜基板焊点剪切强度先因界面IMC层的生长而引起的钉扎作用而有所提高,后因IMC的过厚增长导致在剪切时脆性断裂占主导地位而强度下降。镀Ni（P）基板焊点的剪切强度则随着时效时间的延长而逐渐减小,这是因为焊点界面内部的镀层转化以及新的Ni-Sn脆性相出现,随着时效时间的增加,基板与IMC间的热膨胀系数不匹配,IMC的脆性在剪切应力作用下产生主要影响。双镀层基板焊点的力学性能变化则比较平缓,因其双层阻挡扩散作用使得界面IMC生长缓慢,导致界面IMC并没有过厚增长。焊点界面断裂位置大量的出现在IMC内部,无论时效时间的长短,双镀层界面中的IMC剪切强度数值稳定在21 MPa左右,双镀层焊点体现出良好的热稳定性。
樊梦莹[6]（2018）在《三维封装TSV新结构及热力耦合特性分析》文中认为近年来,贯穿硅通孔（Through Silicon Via,TSV）作为主流的三维封装技术,通过在芯片或者晶圆之间制作硅孔,在硅孔内填充金属实现多层芯片间电气和机械的直接互连,因其鲜明的工艺特点得到业界的关注。然而,三维封装TSV技术封装密度的提高导致芯片功率密度急剧上升,TSV面临着严重的散热问题,温度的急剧升高产生的热应力问题也更加突出,严重的热应力失配将会造成整个TSV封装结构的互连失效。因此,TSV的散热和热应力失配问题是制约该技术发展的关键问题之一。本文针对上述三维封装TSV结构面临的问题开展研究。首先,建立多层芯片堆叠的三维封装TSV有限元模型,分析在不同载荷作用下整体温度场和热应力分布情况,采用正交试验法分析芯片高度、TSV直径和间距对散热性能和热应力的影响。其次,针对新节点下TSV面临的问题,利用碳纳米材料良好的热力学、机械和材料特性,提出将碳纳米材料作为TSV结构的过渡层,并使用有限元分析方法研究三维封装TSV新结构在提高散热能力和降低热应力方面的效果,解决TSV技术发展的关键难题。最后,根据提出的三维封装TSV新结构,研究新结构的制备方法,包括硅孔的刻蚀、阻挡层金属的沉积、碳纳米材料的生长方法和硅孔的电镀填充工艺等,为新技术节点下TSV结构的设计,工艺制造和性能分析提供新的思路。
刘兴博[7]（2018）在《Sn晶粒扩散各向异性对Cu/Sn/Ni线性焊点电迁移行为影响》文中研究指明随着3D电子封装的高速发展,微焊点的尺寸急剧减小,使得微焊点中仅存在单个或者数个Sn晶粒。Sn原子在固态下以β-Sn体心四方结构存在,表现出显着的扩散各向异性,对微焊点电迁移行为有着强烈影响。Ni由于在回流过程和Sn有着较低的反应速率而被广泛应用于电子封装中。因此,亟待研究Sn晶粒取向对典型的Cu/Sn/Ni结构线性焊点的电迁移行为影响。本论文首先采用原位电迁移实验研究了Cu/Sn/Ni线性焊点在Ni作阴极时的固-固电迁移行为,并与Cu/SAC305/Cu线性焊点进行了对比。在研究中发现Ni基板溶解理论计算值与实验值相差较大,即阴极界面处（Cu,Ni）6Sn5对Ni原子电迁移扩散有阻碍作用。并利用EBSD排除Sn扩散各向异性对焊点电迁移行为的影响,通过不同时效工艺控制（Cu,Ni）6Sn5层厚度,对（Cu,Ni）6Sn5阻碍Ni原子电迁移扩散行为进行研究。本论文主要结论如下:（1）在通电时间相同条件下,Ni基板的溶解量随着θ角（β-Sn晶粒的c轴与电子流动方向的夹角）的增大而减小,与cos2θ呈线性关系。并根据阴极界面处（Cu,Ni）6Sn5阻碍Ni原子电迁移扩散作用对Ni基板的溶解模型加以修正。（2）当电子由小θ角晶粒流向大θ角晶粒时,阴极侧Ni基板会大量溶解,大量（Ni,Cu）3Sn4型IMC会在小θ角晶粒中聚集析出,最终阴极过量溶解、阴极界面处开裂会造成焊点电迁移失效;当电子由大θ角晶粒流向小θ角晶粒时,阴极侧Ni基板极少溶解,在钎料内部无大量IMC聚集析出,阴极界面处有凹陷裂纹、微空洞等Sn的自扩散现象。（3）在相同Sn晶粒取向下,对比Ni、Cu不同基板作阴极时焊点的电迁移行为,发现两者在损伤失效模式上有较大差异,并基于Ni/Cu扩散通量比值、IMC聚集析出造成体积收缩等观点进行了解释说明。（4）从晶粒尺寸、晶界扩散通量、热力学稳定性角度解释了（Cu,Ni）6Sn5阻碍Ni原子电迁移扩散机制。具体为:Ni基板溶解主要受Ni原子在IMC中晶界扩散通量控制;IMC层厚度的增加将导致IMC晶粒尺寸的增大,进而导致晶界面积的减小,抑制Ni原子沿晶界扩散;（Cu,Ni）6Sn5随着Ni含量的增加,其热力学稳定性逐渐增强,电迁移过程中更难以溶解,抑制晶界扩散通量的增长,进一步阻碍Ni原子的扩散。
李俊杰[8]（2017）在《面向低温Cu-Cu键合的Cu基纳米焊料研究》文中研究说明作为半导体行业中最重要的部分之一,集成电路的发展近年来已被国家推向了科技发展战略层面。为了克服摩尔定律在半导体行业高速发展中所遇到的瓶颈,三维集成电路应运而生,并对其封装工艺中的凸点密度、能量消耗、封装性能等都提出了更高的要求。然而,现阶段键合工艺中所使用的Sn或Sn基无铅焊料已无法满足更加严苛的封装需求,逐渐出现了一些问题,例如:键合过程中Sn的过度溢出、服役过程中的Sn须生长、柯肯达尔孔洞形成等。这些现象都会导致集成电路中短路、断路或者电学性能衰退等情况发生。因此,找到一种能替代Sn材料的高性能互连材料是微电子封装技术继续发展的迫切需求。因其优异的导电、导热及抗电迁移特性,Cu、Ag材料都被视为理想的互连材料。但是,其高熔点却导致Cu、Ag材料无法满足微电子封装的工艺要求,从而限制了其发展。随着纳米技术的快速发展,科研工作者们在晶体材料的低温烧结研究上有了大量突破。因此,利用纳米技术降低Cu、Ag材料的烧结温度,并实现Cu-Cu键合是一种可行的研究思路。由于Ag是一种资源短缺型材料,不适合可持续发展需求,本文研究主要针对使用Cu基纳米焊料的Cu-Cu键合展开。具体研究内容包括:一、基于纳米晶体材料的尺度效应,提出使用Cu纳米颗粒制备Cu纳米焊料,并基于Cu纳米颗粒的烧结特性降低Cu-Cu键合温度的方法。本文首先合成出平均尺寸为100 nm左右的Cu纳米颗粒,并制备成Cu纳米焊料,在250oC-400oC进行了烧结及键合研究。其中,最低的烧结电阻率在400oC下实现,仅为12.9μΩ·cm;最高的Cu-Cu键合剪切强度在400oC键合温度,40 MPa键合压力下实现,达到35.68 MPa。文中还对Cu纳米焊料的烧结机理及Cu-Cu键合的键合机理进行了阐述,为基于纳米焊料的低温键合研究提供了理论依据。使用100 nm左右的Cu纳米颗粒制备的纳米焊料,有效地将Cu-Cu键合温度降低至400oC以内。虽不能完全满足微电子封装的工艺需求,但证实了基于Cu纳米焊料烧结实现键合的可行性,为后续研究奠定了基础。二、结合尺度效应及烧结机理,实现了降低Cu纳米颗粒尺寸以达到降低Cu-Cu键合温度的目的。本文改进工艺方法,实现60 nm左右Cu纳米颗粒的合成,并制备出纳米焊料。基于此纳米颗粒,Cu纳米焊料在300oC下实现高性能烧结,薄膜电阻率低至12.0μΩ·cm。高质量Cu-Cu键合界面也在300oC下实现,键合压力降低至1.08MPa,并且剪切强度高达31.88 MPa。随后,在150oC下进行了200小时恒温老化测试,键合界面与力学特性并未发生明显变化,充分了Cu-Cu键合的高完整度。文中还使用此纳米焊料进行了晶圆级Cu-Cu键合探索,同样实现了高质量的键合界面与键合强度,并保证了晶片的完整性。研究结果表明,本文合成的60 nm Cu纳米颗粒在微电子封装中有更好的应用前景。三、利用同等尺寸下Ag材料更优异的烧结特性,本文将70 nm左右的Ag纳米颗粒混入60 nm Cu纳米颗粒中,进行了Cu基混合纳米焊料研究。在250oC下,Cu-Ag原子比为2:1的Cu2-Ag混合纳米焊料展现出优异的低温烧结特性。其烧结后的薄膜电阻率可低至19.9μΩ·cm,接近于纯Ag纳米焊料烧结后的12.0μΩ·cm。文中还结合TEM分析,观察了Cu-Ag之间的扩散形成,对Cu-Ag混合纳米焊料的烧结机理进行了分析,解释了Ag纳米颗粒在提升烧结特性中起到的关键性作用。同样在250oC下,使用Cu2-Ag混合纳米焊料实现的键合呈现出与用纯Ag纳米焊料键合类似的紧实键合界面,并且剪切强度可高达25.41 MPa,满足使用需求。因此,Cu2-Ag混合纳米焊料可提升烧结及键合性能,并保证了比纯Ag纳米材料更好经济性。四、为进一步探索基于纯Cu纳米焊料的低温Cu-Cu键合方法,本文制备出了一种表面均匀附着5 nm极细Cu纳米颗粒的Cu纳米团聚体,并基于此Cu纳米团聚体进行了烧结与键合研究。研究表明,优异的烧结特性及键合性能可在250oC以内实现。其中,烧结后的Cu纳米焊料薄膜电阻率可低至4.37μΩ·cm,仅为Cu块体的2.5倍;Cu-Cu键合的剪切强度也可达满足使用需求的25.36 MPa。此项研究在使用纯Cu纳米焊料进行Cu-Cu键合方面实现了大幅度进步,具有重要的研究意义。本文以尺度效应为理论主线,对使用Cu基纳米焊料进行的Cu-Cu键合进行了一系列研究,研究思路及研究成果对微电子封装的发展有一定的指导意义。
梅跃[9]（2013）在《电子封装中湿热载荷共同作用下高聚物材料力学行为研究》文中认为微电子产业目前已成为当今信息化时代的第一大产业。随着电子元件的尺寸向着精密化发展，在封装过程中需要承受更为严酷的载荷环境。而高密度芯片封装中粘结膜主要是以高聚物这种多孔介质材料为基体，因此高聚物内部含有许多微孔隙。一方面，高聚物材料一般都为亲水性材料，能吸收空气中的湿气，使得湿气以液态和气态的形式贮存在孔隙中，导致空隙变大，可能引发材料失效；另一方面，高聚物材料要经历回流焊接这一产生高温的过程，此时在材料的空隙中将产生很大的蒸汽压，蒸汽压的增长将导致微空隙膨胀，最终导致材料的失效。本文主要采用连续介质力学的方法研究空隙失效机制。首先，采用有限元方法从整体上分析电子封装过程中电子设备受到温度载荷和应力载荷共同作用下的翘曲，以及湿气在粘结材料中的扩散。同时，通过得到的湿气溶度为有限元分析提供一种计算湿热应力的方法。其次，考虑在常温下湿气和液滴共同作用下空隙的变形问题，采用弹性力学中的复变函数解法求出线弹性小变形下液气两相共同作用下的理论解，同时比较不同材料之间应力位移分布的差异。第三，采用ABAQUS模拟超弹性材料受到蒸汽压作用下的空隙增长，并与线弹性小变形和线弹性大变形本构模型下的结果进行对比。第四，采用非线性连续介质力学方法研究高温下蒸汽压力单独作用所导致的空隙动态增长问题，得出空隙增长的控制方程，并根据不同温度加载的方式，不同材料本构模型，得到空隙的增长随着时间的变化历程。最后，研究了考虑湿热膨胀效应下的空隙失稳问题，并引入材料软化效应，求解了不同空隙率下和不同初始空隙率下的临界空隙应力的差异。本文对于电子封装的湿热研究将深化我们对于这一领域的了解。
唐宇[10]（2013）在《焊料纳米改性对无铅焊点界面反应及力学性能影响的研究》文中指出微电子产品的无铅化、小型化的趋势使得互连界面的脆性金属间化合物（IMC）趋向于占据更大的焊点体积份额，甚至使得互连焊点界面只包含几个IMC晶粒，成为影响微电子产品可靠性的关键科学问题。针对微电子封装可靠性的关键性问题，论文系统地研究了回流焊和时效过程中掺杂TiO2纳米颗粒对IMC生长、互连界面微观结构和力学性能的影响机理，探索了有效抑制IMC生长和改善互连可靠性的掺杂方案，研究了无铅纳米复合焊料与焊盘金属基体（Cu基板）间界面反应动力学、焊点界面微观结构在时效过程中的演变对焊点可靠性的影响机理和应变速率及温度对复合焊料合金力学性能的影响，优化了无铅纳米复合焊料，为增强无铅焊接的可靠性提供设计、工艺和材料等方面的参考数据。其研究的主要结果如下：研究TiO2纳米颗粒掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO2（x=0,0.02,0.05,0.1,0.3和0.6wt.%）复合焊料的熔点、润湿性及显微组织影响的结果表明，掺杂TiO2纳米颗粒对复合焊料熔点影响不大，但其与Cu基板的润湿性稍有提高。当TiO2纳米颗粒的含量为0.1wt.%时，复合焊料与Cu基板的润湿性最好，其表面接触角最小值为8.4o，铺展面积最大值为155.24mm2。电子扫描显微镜照片显示掺杂明显地细化了焊料基体的显微组织，其可能的机理为TiO2纳米颗粒的表面吸附效应降低了复合焊料基体组织中Ag3Sn晶粒的表面能，抑制了Ag3Sn晶粒的生长和异常长大，从而细化了复合焊料的显微组织。研究TiO2纳米颗粒掺杂对焊点在回流焊过程中界面液-固反应影响的结果表明，一部分TiO2纳米颗粒会溶解在富Sn相中，一部分TiO2纳米颗粒会沉降在Ag3Sn相表面，还有一部分TiO2纳米颗粒会沉降在Cu6Sn5相表面。掺杂TiO2纳米颗粒后焊点界面IMC层厚度和IMC晶粒尺寸均减少。研究IMC生长指数结果表明，界面润湿反应的IMC生长是一种混合生长机制，IMC生长过程可分为三个阶段：包括扩散反应阶段、元素经晶粒间扩散的IMC扩散控制生长阶段和元素经IMC层扩散的IMC控制生长阶段。对IMC晶粒生长指数的研究结果表明，IMC晶粒生长是由原子互扩散和晶粒成熟共同控制。当TiO2纳米颗粒含量为0.1wt.%时，IMC生长速率有最小值，抑制界面IMC层生长和细化IMC晶粒效果最显着。为了更好地理解界面反应和IMC生长机理，基于固体扩散理论建立了双相位滞后扩散模型和波动模型，模拟了回流焊过程中IMC层生长动力学；建立了Cu原子扩散通量驱动晶粒成熟生长模型，分析了回流焊过程中IMC晶粒生长机理。结果表明，回流焊过程中TiO2纳米颗粒影响IMC生长机理符合异相成核和奥斯瓦尔德晶粒成熟机制。研究TiO2纳米颗粒掺杂对焊点在120℃，150℃和190℃时效条件下界面固-固反应影响的结果表明，掺杂TiO2纳米颗粒后焊点界面IMC层厚度减小，当TiO2纳米颗粒含量为0.05-0.1wt.%时，IMC层厚度下降最显着。将Cu6Sn5和Cu3Sn相看成一个整体时，界面IMC生长受扩散定律控制。将Cu6Sn5和Cu3Sn相分别看成一个独立实体时，在190℃高温时效条件下，IMC层的生长主要是由扩散机制控制，而在120℃低温时效条件下，IMC层的生长是由扩散和界面反应共同控制。掺杂TiO2纳米颗粒可以提高Cu6Sn5和Cu3Sn相IMC层的活化能，减少原子的互扩散速率，从而抑制界面IMC层生长。比较Cu6Sn5和Cu3Sn相IMC层的活化能可知，Cu3Sn相IMC层有更高的活化能。观察焊点的微观结构演变可知，时效过程中掺杂TiO2纳米颗粒抑制IMC生长机理可能为晶界钉扎机制。研究TiO2纳米颗粒掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO2复合焊料合金及焊点力学性能影响的结果表明，掺杂TiO2纳米颗粒后复合焊料合金的显微硬度提高19%-37%。这种明显的强化效果是由于掺杂TiO2纳米颗粒后减小了Ag3Sn晶粒的平均尺寸和间距。复合焊料合金的极限拉伸强度（UTS）随着应变速率对数的增加而线性增大，随着温度的升高而线性减小。这是由于应变速率增加后位错增多，导致位错密度增加，位错间相互作用增强，从而提高复合焊料合金的抗形变能力。复合焊料焊点的拉伸强度随着时效时间的增加而减小。随着时效时间的增加，界面IMC层的生长导致焊点断裂模式发生变化，由最初的在焊料内部的韧性断裂变为既有韧性断裂又有脆性断裂的混合断裂模式，到最后沿着界面IMC的脆性断裂。研究结果还表明，含TiO2纳米颗粒的复合焊料合金和焊点的拉伸强度比不含TiO2纳米颗粒的焊料大，其机理可能为固溶强化和颗粒硬化机制。
二、对微电子封装中关键性问题的探讨（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、对微电子封装中关键性问题的探讨（论文提纲范文）
（1）泛摩尔时代下的领潮者——记上海大学微电子学院院长古元冬（论文提纲范文）
| 海纳百川呼朋引伴 |
| 缘起与执着 |
| 迈向新征程 |
（2）低银复合焊料合金和焊点微观结构及其力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 背景研究 |
| 1.2.1 微电子封装发展进程 |
| 1.2.2 无铅焊料的发展概况 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 互连焊点界面IMC的生长 |
| 1.3.2 无铅复合焊料 |
| 1.3.3 力学性能 |
| 1.3.3.1 剪切力 |
| 1.3.3.2 蠕变 |
| 1.3.3.3 低周疲劳 |
| 1.4 研究内容 |
| 第二章 试验材料及研究方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.1.1 无铅焊料 |
| 2.1.2 纳米强化粒子 |
| 2.1.3 基板材料 |
| 2.2 研究与实验方法及技术路线 |
| 2.2.1 复合焊料的制备 |
| 2.2.2 焊点显微形貌观察与分析方法 |
| 2.2.2.1 样品的制备 |
| 2.2.2.2 金相样品的制作 |
| 2.2.2.3 微观结构观察及能谱分析 |
| 2.2.3 力学性能测试 |
| 2.2.3.1 剪切样品的制备 |
| 2.2.3.2 力学性能测试设备 |
| 2.2.3.3 剪切力测试 |
| 2.2.3.4 蠕变性能测试 |
| 2.2.3.5 低周疲劳性能测试 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCeO_2焊料合金的微观演化及界面IMC生长动力学研究 |
| 3.1 CeO_2纳米粒子对焊料合金显微组织的影响 |
| 3.2 焊点界面微观结构的演化 |
| 3.2.1 界面间IMC层的演化 |
| 3.2.2 界面间IMC晶粒的演化 |
| 3.3 界面间IMC生长的动力学模型 |
| 3.4 掺杂CeO_2对界面间IMC生长及Cu原子扩散通量的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCeO_2复合焊料合金的剪切性能研究 |
| 4.1 掺杂对复合焊料合金剪切性能的影响 |
| 4.2 应变率和温度对复合焊料合金剪切性能的影响 |
| 4.3 温度、应变率和最大剪切应力关系 |
| 4.3.1 温度、应变率和最大剪切应力关系的修正模型 |
| 4.3.2 CeO_2对不同温度下剪切性能的影响机理 |
| 4.4 弹性模量与理论断裂强度 |
| 4.5 断裂分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO_2焊料的蠕变行为研究 |
| 5.1 复合焊料合金的蠕变行为 |
| 5.1.1 应力指数 |
| 5.1.2 蠕变激活能 |
| 5.1.3 位错滑移激活能 |
| 5.2 内应力及改进的蠕变模型 |
| 5.3 蠕变断裂分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5CeO_2低周疲劳行为的研究 |
| 6.1 复合焊料合金的低周疲劳行为 |
| 6.2 温度对复合焊料合金低周疲劳行为的影响 |
| 6.3 频率对复合焊料合金低周疲劳行为的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 1.结论 |
| 2.研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附表 |
（3）基于有限元方法的MEMS器件封装可靠性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 MEMS封装技术 |
| 1.3 MEMS器件封装可靠性研究 |
| 1.4 课题来源、研究意义与全文安排 |
| 1.4.1 课题来源与研究意义 |
| 1.4.2 全文安排 |
| 2.MEMS封装材料测试 |
| 2.1 差分扫描量热仪(DSC)测试 |
| 2.2 温度、应变率相关的力学性能测试 |
| 2.3 FR-4 材料温度相关的力学性能测试及断口形貌分析 |
| 2.4 薄膜材料纳米压痕(Nano-indentation)测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 3.MEMS压力传感器封装可靠性研究 |
| 3.1 基于工艺力学MEMS塑封压力传感器仿真分析 |
| 3.2 MEMS塑封压力传感器仿真验证 |
| 3.3 MEMS塑封模块表面贴装焊点可靠性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.MEMS陀螺仪叠层封装模块可靠性研究 |
| 4.1 温度应力分析 |
| 4.2 机械应力分析 |
| 4.2.1 机械振动应力分析 |
| 4.2.2 机械冲击应力分析 |
| 4.3 湿度应力分析 |
| 4.4 电应力分析 |
| 4.5 分析模型提取 |
| 4.6 本章小结 |
| 5.总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间的授权专利 |
（4）电-热-力场作用下微互连中微观组织演化及其对可靠性影响的相场模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 电子封装技术概述 |
| 1.3 电流对电子封装微互连结构的微观组织及可靠性的影响 |
| 1.3.1 电子封装微互连结构中的电迁移行为 |
| 1.3.2 微互连焊点中微空洞的电迁移和粗化合并行为 |
| 1.3.3 微互连焊点中β-Sn形貌演化及其取向对界面反应和可靠性的影响 |
| 1.3.4 微互连焊点中成分偏析及相偏聚 |
| 1.4 温度梯度对电子封装微互连结构的微观组织及可靠性的影响 |
| 1.4.1 电子封装微互连结构中的热迁移行为 |
| 1.4.2 微互连焊点中微空洞的热迁移 |
| 1.4.3 微互连焊点中成分偏析及相偏聚 |
| 1.5 电子封装微互连结构中的热应力 |
| 1.5.1 微互连焊点中热应力引起的可靠性问题 |
| 1.5.2 TSV结构中热应力引起的可靠性问题 |
| 1.5.2.1 微观组织对TSV热-力行为的影响 |
| 1.5.2.2 Cu填充TSV中铜胀出及界面剥离行为 |
| 1.5.2.3 TSV铜柱内晶粒形貌演化 |
| 1.6 计算材料学在电子封装互连结构研究中的应用 |
| 1.6.1 相场法 |
| 1.6.2 蒙特卡洛法 |
| 1.6.3 有限元法 |
| 1.7 本论文的主要研究目的和研究内容 |
| 第二章 相场模型及数值求解 |
| 2.1 相场模型的发展历史 |
| 2.2 相场模型的基本理论 |
| 2.2.1 尖锐界面模型和扩散界面模型 |
| 2.2.2 相场变量 |
| 2.2.3 热力学自由能函数 |
| 2.2.4 动力学方程 |
| 2.3 相场模型的数值求解 |
| 2.3.1 有限差分方法 |
| 2.3.2 傅里叶谱方法 |
| 2.3.3 有限元方法 |
| 2.3.4 计算软件平台 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 微互连焊点中微空洞的演化及迁移行为 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 Sn/Cu微互连焊点中Kirkendall空洞的晶体相场法模拟 |
| 3.2.1 数值模型及材料参数 |
| 3.2.2 Kirkendall空洞的形核和长大过程 |
| 3.2.3 界面位向差大小对Kirkendall空洞形核和长大的影响 |
| 3.3 电场作用下微互连焊点中微空洞迁移和粗化行为 |
| 3.3.1 数值模型及材料参数 |
| 3.3.2 仅界面能作用下微空洞的演化 |
| 3.3.3 电场下微空洞的演化 |
| 3.3.4 电场下微空洞的迁移动力学分析 |
| 3.4 温度梯度作用下微互连焊点中微空洞迁移和合并行为 |
| 3.4.1 数值模型及材料参数 |
| 3.4.2 温度梯度下微空洞的演化 |
| 3.4.3 温度梯度下微空洞的迁移动力学分析 |
| 3.5 电场作用下微互连焊点中多空洞迁移和粗化行为 |
| 3.5.1 数值模型及材料参数 |
| 3.5.2 仅界面能作用下多空洞的合并粗化 |
| 3.5.3 电场下多空洞的迁移演化 |
| 3.5.4 电场下多空洞的粗化和迁移动力学分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 电场作用下β-Sn晶界定向迁移和晶粒择优生长行为 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模型 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 竹节型三晶体系中晶界定向迁移和晶粒择优生长 |
| 4.3.2 晶界能与静电自由能的竞争效应 |
| 4.3.3 β-Sn多晶体系中晶粒的竞争性生长及形貌演化失稳 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 电场作用下BGA结构Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点中的微观组织演化和宏观物理性能变化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模型及材料参数 |
| 5.3 模拟结果 |
| 5.3.1 微焊点中Sn-58Bi微观组织模拟及演化特征 |
| 5.3.2 电场下BGA结构Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点的微观组织演化 |
| 5.4 讨论与分析 |
| 5.4.1 微焊点中电流密度分布特征与微观组织的内在相关性 |
| 5.4.2 微焊点中应力分布特征与微观组织的内在相关性 |
| 5.4.3 电场下BGA结构Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中富Bi相的粗化行为 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 温度梯度作用下线型Cu/Sn-58Bi/Cu微互连焊点中的相分离行为和热物理性能分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 数值模型 |
| 6.3 数值处理及材料参数 |
| 6.4 结果与分析 |
| 6.4.1 等温时效条件下线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点的微观组织演化 |
| 6.4.2 温度梯度下线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点的微观组织演化 |
| 6.4.3 微观组织不均匀性对局部热传输性能的影响 |
| 6.4.4 温度梯度下富Bi相的粗化和迁移动力学分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 三维封装TSV中铜晶粒形貌演化与热-力行为的交互作用 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 模拟方法 |
| 7.2.1 TSV铜柱中晶粒分布特征及演化 |
| 7.2.2 TSV热-力行为控制方程 |
| 7.2.3 Cu/SiO_2 界面内聚力模型 |
| 7.3 结果与分析 |
| 7.3.1 铜柱内Cu晶粒形貌对TSV热-力行为的影响 |
| 7.3.2 铜柱内Cu晶粒形貌对铜胀出量的影响 |
| 7.3.3 TSV中 Cu晶粒形貌及界面剥离对铜胀出行为影响的蒙特卡洛模拟 |
| 7.3.4 服役过程TSV中 Cu晶粒形貌演化与热-力行为的交互作用 |
| 7.4 本章小结 |
| 全文总结 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（5）Cu/Ni（P）双镀层锡基焊点界面结构及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 电子封装技术发展概述 |
| 1.2 无铅化封装的发展 |
| 1.2.1 Sn-Ag-Cu系无铅钎料 |
| 1.3 无铅钎料界面反应的研究 |
| 1.3.1 Sn基钎料/Cu系界面反应研究现状 |
| 1.3.2 Ni(P)镀层研究 |
| 1.4 本文研究目的和内容 |
| 第二章 实验材料、研究方法及实验过程 |
| 2.1 样品制备 |
| 2.1.1 钎料及纯铜板的准备 |
| 2.1.2 镀Ni层基板的制备 |
| 2.1.3 Cu/Ni双镀层基板的制备 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 时效实验 |
| 2.3.1 纯Cu基板不同温度下的固态时效 |
| 2.3.2 双镀层基板不同温度下的固态时效 |
| 2.3.3 剪切试验 |
| 2.4 实验分析方法 |
| 第三章 SAC305/Cu焊点固态时效过程界面IMC生长规律 |
| 3.1 SAC305/Cu焊点的界面微观结构与形貌研究 |
| 3.2 SAC305/Cu焊点Cu-Sn相的演化规律及生长动力学研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 SAC305/Cu-Ni(P)/Cu双镀层焊点界面反应研究 |
| 4.1 SAC305/Cu-Ni(P)/Cu双镀层焊点的界面微观结构与形貌分析 |
| 4.2 SAC305/Cu-Ni(P)/Cu双镀层焊点的界面IMCs生长动力学研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 SAC305无铅焊点剪切性能及其断裂机制研究 |
| 5.1 SAC305/Cu焊点界面剪切断裂行为研究 |
| 5.2 SAC305/Ni(P)/Cu焊点剪切断裂分析 |
| 5.3 SAC305/Cu-Ni(P)/Cu焊点的剪切断裂行为及力学性能研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步工作的方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（6）三维封装TSV新结构及热力耦合特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 微电子封装技术 |
| 1.3 TSV技术 |
| 1.3.1 TSV技术的工艺流程 |
| 1.3.2 TSV技术的热问题 |
| 1.3.3 TSV技术热应力问题 |
| 1.4 碳纳米材料及其制备方法 |
| 1.5 课题来源及研究内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 2 热应力耦合分析理论及研究方法 |
| 2.1 传热学理论 |
| 2.2 热应力理论 |
| 2.3 有限元分析方法 |
| 2.4 三维封装TSV热传导数学模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 三维封装TSV的热力耦合特性分析 |
| 3.1 建立几何模型 |
| 3.2 热传导分析 |
| 3.3 热应力分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 三维封装TSV新结构及热力耦合特性分析 |
| 4.1 三维封装TSV新结构 |
| 4.2 TSV新结构的几何模型 |
| 4.3 散热性能分析与比较 |
| 4.3.1 不同TSV结构的散热性能分析 |
| 4.3.2 不同尺寸对散热性能的影响 |
| 4.4 热应力耦合特性分析与比较 |
| 4.4.1 不同TSV结构的热应力分析 |
| 4.4.2 不同尺寸对热应力的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 三维封装TSV新结构制备研究 |
| 5.1 硅通孔刻蚀 |
| 5.2 沉积功能层 |
| 5.2.1 沉积阻挡层 |
| 5.2.2 沉积催化金属层 |
| 5.3 CVD工艺生长碳纳米材料 |
| 5.4 电镀硅孔 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（7）Sn晶粒扩散各向异性对Cu/Sn/Ni线性焊点电迁移行为影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 微电子封装技术概述 |
| 1.2 微电子封装技术的发展趋势 |
| 1.2.1 电子封装的微型化趋势 |
| 1.2.2 绿色无铅化趋势 |
| 1.3 常见的PCB表面处理工艺 |
| 1.3.1 OSP处理 |
| 1.3.2 ENIG处理 |
| 1.3.3 ENEPIG处理 |
| 1.4 微型化带来的可靠性挑战—电迁移 |
| 1.4.1 电迁移的物理机制 |
| 1.4.2 原子扩散通量J |
| 1.4.3 微互连电迁移的研究现状 |
| 1.4.4 Sn晶粒取向对电迁移的影响 |
| 1.4.5 阴极界面IMC层对电迁移行为的影响 |
| 1.5 本论文研究目的和研究内容 |
| 1.5.1 本论文的研究目的 |
| 1.5.2 本论文的主要研究内容 |
| 2 实验材料与实验方法 |
| 2.1 线性焊点制备与电迁移实验测试 |
| 2.1.1 Cu/Sn/Ni线性焊点的制备 |
| 2.1.2 线性焊点原位电迁移实验 |
| 2.2 微观组织形貌的观察与表征 |
| 3 Sn晶粒取向对Cu/Sn/Ni线性焊点电迁移行为影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Cu/Sn/Ni线性焊点 |
| 3.3 分析讨论 |
| 3.3.1 Sn晶粒取向对阴极Ni基板溶解的影响 |
| 3.3.2 Sn晶粒取向对IMC聚集析出以及失效模式的影响 |
| 3.3.3 Ni、Cu不同基板作阴极时焊点电迁移行为的对比 |
| 3.4 本章结论 |
| 4 (Cu,Ni)_6Sn_5型IMC阻碍阴极Ni原子电迁移扩散行为 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Cu/Sn/Ni线性焊点 |
| 4.2.1 Cu/Sn/Ni线性焊点初始形貌 |
| 4.2.2 未时效焊点电迁移100h后微观组织形貌 |
| 4.2.3 时效焊点电迁移100h后微观组织的演变 |
| 4.3 (Cu,Ni)_6Sn_5阻碍电迁移扩散机制分析 |
| 4.4 本章结论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）面向低温Cu-Cu键合的Cu基纳米焊料研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 Cu-Cu低温键合技术的研究现状 |
| 1.3 现阶段Cu-Cu低温键合所面临的问题 |
| 1.4 Cu基纳米焊料的提出与挑战 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 2 基于Cu纳米焊料的Cu-Cu键合 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Cu纳米焊料的制备 |
| 2.3 Cu纳米焊料的烧结特性研究 |
| 2.4 基于Cu纳米焊料的Cu-Cu键合 |
| 2.5 键合机理及解释 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于尺度效应降低Cu-Cu键合温度的方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 60nmCu纳米颗粒合成及焊料制备 |
| 3.3 Cu纳米焊料烧结特性研究 |
| 3.4 基于Cu纳米焊料的Cu-Cu键合 |
| 3.5 60nmCu纳米颗粒在晶圆级Cu-Cu键合中的应用 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于Cu-Ag混合纳米焊料的低温Cu-Cu键合研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Cu-Ag混合纳米焊料的制备 |
| 4.3 Cu-Ag混合纳米焊料的烧结特性研究 |
| 4.4 基于Cu-Ag混合纳米焊料的Cu-Cu键合 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于Cu纳米团聚体的低温Cu-Cu键合研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Cu纳米团聚体及纳米焊料制备 |
| 5.3 Cu纳米团聚体烧结特性研究 |
| 5.4 基于Cu纳米团聚体的Cu-Cu键合研究 |
| 5.5 Cu纳米团聚体的低温烧结及键合机理 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 全文总结与工作展望 |
| 6.1 全文研究内容总结 |
| 6.2 下一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录 |
| 附录2 攻读博士学位期间发表的专利目录 |
| 附录3 博士生期间参与的课题研究情况 |
（9）电子封装中湿热载荷共同作用下高聚物材料力学行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 电子封装简介及其发展 |
| 1.1.2 热湿对电子封装可靠性的影响 |
| 1.1.3 表面浸润现象 |
| 1.2 国内外的研究状况 |
| 1.3 现有研究工作的不足 |
| 1.4 本文的主要研究工作和内容 |
| 第二章 湿热环境下电子封装整体结构力学行为分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 ABAQUS 有限元介绍 |
| 2.3 高密度集成封装界面分层 |
| 2.4 材料的吸湿和放湿 |
| 2.4.1 归一化法 |
| 2.4.2 直接湿气溶度法（Direct Concentration Approach） |
| 2.4.3 数值模拟算例 |
| 2.4.4 两种计算蒸汽压的方法 |
| 2.5 湿热膨胀 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 液气共存下空隙变形机理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论分析 |
| 3.3 理论解推导 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 理论验证 |
| 3.4.2 不同材料应力对比 |
| 3.4.3 无限大平板的变形 |
| 3.5 椭圆孔的变形 |
| 3.5.1 椭圆孔吸湿过程 |
| 3.5.2 理论推导 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 电子封装超弹性空隙变形数值研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 弹性小变形 |
| 4.2.1 理论解 |
| 4.2.2 有限元解 |
| 4.2.3 小变形假设下的有限元解 |
| 4.3 几何非线性的空穴变形分析 |
| 4.4 超弹性材料空穴变形分析 |
| 4.4.1 超弹性材料简介 |
| 4.4.2 超弹性空穴数值分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 弹性材料的空隙动态增长 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论模型的建立 |
| 5.3 控制方程的推导 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 粘弹性材料的空隙动态增长 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 线性粘弹性模型 |
| 6.2.1 Kelvin 模型 |
| 6.2.2 Maxwell 模型 |
| 6.2.3 标准线性粘弹性模型 |
| 6.3 非线性粘弹性模型 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 考虑湿热影响的空穴不稳定问题 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 考虑热和湿气膨胀效应 |
| 7.3 考虑弹性耦合的本构 |
| 7.4 考虑材料软化的超弹模型 |
| 7.5 本章小结 |
| 结论及展望 |
| 1 全文总结 |
| 2 前景展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 答辩委员会对论文的评定意见 |
（10）焊料纳米改性对无铅焊点界面反应及力学性能影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 微电子封装技术 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 Sn-Ag-Cu 无铅焊料种类 |
| 1.3.2 焊点界面 IMC 生长 |
| 1.3.3 焊料改性 |
| 1.3.4 纳米复合焊料 |
| 1.3.4.1 熔点和润湿性 |
| 1.3.4.2 显微组织和力学性能 |
| 1.4 论文的主要研究内容及创新点 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 创新点 |
| 第二章 实验材料与方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.2.1 焊料 |
| 2.2.2 纳米强化颗粒 |
| 2.2.3 基板材料 |
| 2.3 实验方法与技术路线 |
| 2.3.1 无铅纳米复合焊料的制备 |
| 2.3.2 熔点测试 |
| 2.3.3 润湿性能测试 |
| 2.3.4 样品的制备 |
| 2.3.5 金相分析与界面形貌观察 |
| 2.3.5.1 金相试样的制作 |
| 2.3.5.2 扫描电子显微镜观察和能谱分析 |
| 2.3.5.3 X 射线衍射仪分析 |
| 2.3.6 显微硬度测试 |
| 2.3.7 拉伸实验 |
| 2.3.7.1 试样制作 |
| 2.3.7.2 焊点拉伸实验 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 复合焊料熔点、润湿性及显微组织的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2复合焊料的熔点 |
| 3.3 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2复合焊料的润湿性 |
| 3.3.1 表面接触角分析 |
| 3.3.2 铺展面积分析 |
| 3.3.3 润湿性模型 |
| 3.4 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2复合焊料显微组织分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 回流焊过程中 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2 焊点界面液-固反应的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微观结构的演化 |
| 4.2.1 界面微观结构的演化 |
| 4.2.2 IMC 晶粒微观结构的演化 |
| 4.3 界面 IMC 层形成和生长机理 |
| 4.3.1 界面 IMC 生长动力学 |
| 4.3.2 界面 IMC 层形成与生长理论模型 |
| 4.3.2.1 双相位滞后扩散模型 |
| 4.3.2.2 波动模型 |
| 4.4 IMC 晶粒成熟与长大机理 |
| 4.4.1 IMC 晶粒生长动力学 |
| 4.4.2 IMC 晶粒成熟长大理论模型 |
| 4.5 TiO_2纳米颗粒影响回流焊过程中 IMC 形成生长机理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 时效过程中 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2 焊点界面固-固反应的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Cu_6Sn_5和 Cu_3Sn 双层结构作为整体 IMC 层的生长机理 |
| 5.2.1 微观结构的演化 |
| 5.2.2 整体 IMC 层的生长动力学 |
| 5.3 Cu_6Sn_5和 Cu_3Sn 相 IMC 层的生长机理 |
| 5.3.1 微观结构的演化 |
| 5.3.2 Cu_6Sn_5和 Cu_3Sn 相 IMC 层的生长动力学 |
| 5.4 TiO_2纳米颗粒影响时效过程中 IMC 生长机理 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2 复合焊料合金及焊点力学性能的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2复合焊料合金显微硬度的研究 |
| 6.3 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2复合焊料合金拉伸性能的研究 |
| 6.3.1 应变速率对复合焊料合金拉伸强度的影响 |
| 6.3.2 温度对复合焊料合金拉伸强度的影响 |
| 6.4 Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2焊点拉伸性能的研究 |
| 6.4.1 时效时间对焊点拉伸强度的影响 |
| 6.4.2 焊点断口形貌分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
四、对微电子封装中关键性问题的探讨（论文参考文献）
- [1]泛摩尔时代下的领潮者——记上海大学微电子学院院长古元冬[J]. 卫婷婷. 科学中国人, 2021(28)
- [2]低银复合焊料合金和焊点微观结构及其力学性能研究[D]. 李振豪. 华南理工大学, 2020(05)
- [3]基于有限元方法的MEMS器件封装可靠性研究[D]. 刘孝刚. 华中科技大学, 2019(03)
- [4]电-热-力场作用下微互连中微观组织演化及其对可靠性影响的相场模拟研究[D]. 梁水保. 华南理工大学, 2019
- [5]Cu/Ni（P）双镀层锡基焊点界面结构及其性能研究[D]. 徐涛. 南昌大学, 2018(12)
- [6]三维封装TSV新结构及热力耦合特性分析[D]. 樊梦莹. 江苏师范大学, 2018
- [7]Sn晶粒扩散各向异性对Cu/Sn/Ni线性焊点电迁移行为影响[D]. 刘兴博. 大连理工大学, 2018(02)
- [8]面向低温Cu-Cu键合的Cu基纳米焊料研究[D]. 李俊杰. 华中科技大学, 2017(01)
- [9]电子封装中湿热载荷共同作用下高聚物材料力学行为研究[D]. 梅跃. 华南理工大学, 2013(S2)
- [10]焊料纳米改性对无铅焊点界面反应及力学性能影响的研究[D]. 唐宇. 华南理工大学, 2013(11)