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自然子刊发表大连理工材料学院科研成果

我要评论(0) 字号:T T 2014年11月28日 13:55:45 来源:大连理工大学

近日,大连理工大学材料科学与工程学院黄明亮教授与其博士生杨帆在Nature子刊Scientific Reports上发表以“Size effect model on kinetics of interfacial reaction between Sn-xAg-yCu solders and Cu substrate”为题目的论文。

随着微电子封装制造技术向微型化、高性能、无铅化的方向发展,目前系统封装开始从传统的二维封装向三维封装转变,目前连接芯片和基板的凸点尺寸已经减小到100 μm左右,并将持续减小甚至达到1μm;同时,高的封装和功率密度使每个凸点所承受的应力和电流密度持续增加;此外,全球无铅化强制要求电子信息产品中禁止使用铅,无铅化较高的工艺温度也使界面反应加速。总之,微型化、高性能、无铅化的发展趋势使电子封装钎焊微互连技术面临着新的挑战。

无铅界面反应尺寸效应是目前电子封装制造过程中出现的新问题。液态凸点合金与基体金属发生界面反应生成金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)层是形成可靠连接的必要条件,其特性(类型、形貌和厚度等)对互连焊点的可靠性至关重要。因为,在几十或仅数微米的焊点内,多材料、多界面的结构特征使得弹性模量、热膨胀系数、强度和塑性等参量存在不连续性。微型化引起的尺寸效应使脆性界面IMC占整个焊点的体积百分数显著增加,对微互连的可靠性将产生巨大影响,亟待系统深入研究。但是,目前代表性的“Ripening”界面反应理论模型无法合理解释该尺寸效应现象。亟需发展新的界面反应理论,指导微小尺度电子制造中遇到的技术问题,解释为什么,解决怎么做,合理设计微凸点成分、整体结构,以实现高可靠微互连。

黄明亮教授从系统的角度出发,提出了界面反应的动力学描述——浓度梯度控制的动力学模型(CGC模型)。该理论模型合理地解释了无铅钎焊界面反应中目前代表性的理论模型无法解释的尺寸效应现象,该理论模型计算结果与实验结果符合良好,实现了对不同尺寸、初始Cu浓度和反应时间下的界面金属间化合物(IMC)生长、Cu基板消耗与凸点成分变化等动力学参数的模拟与预测。依据所提出的CGC界面反应模型,论文一个重要的结论是:界面金属间化合物Cu6Sn5在饱和的熔融钎料中的生长速率符合t1/3生长规律;在未饱和熔融钎料中生长速率小于t1/3,并澄清了一些基本的科学问题。该理论模型对电子封装制造微互连技术提供理论指导。

《Scientific Reports》是Nature出版集团(NPG)于2011年创办的发表原创性研究成果的综合性科学期刊,涉及的研究领域覆盖自然科学各个学科。在 2013年期刊引用报告科学版收录的全部8474种刊物中,位居排名最靠前的7%之列。目前影响因子5.08,位列多学科期刊第五位。

上述研究工作得到了德国洪堡基金,国家自然科学基金重点项目、面上项目、国际合作与交流项目,以及国家科技部科技支撑计划课题的资助。论文链接为:http://www.nature.com/srep/2014/141119/srep07117/full/srep07117.html

[责任编辑:苏兰]
标签:大连 科研成果 理工 自然 材料
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