基于3D封装芯片互连的固液互扩散低温键合机理及可靠性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51075103
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    40.0万
  • 负责人：
    田艳红
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0508.成形制造
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

本项目将针对3D封装中芯片互连，基于固液互扩散形成金属间化合物的原理，开发一种新型的低温共晶键合方法。该方法产生的焊点中只包含单一种类的高熔点金属间化合物，使焊点能够承受后封装过程中标准的无铅再流焊温度，并减少热失配的产生。项目将开发适合于低温键合的钎料层、解决芯片上钎料镀层技术；控制焊点中金属间化合物生长，研究金属间化合物形成机制及生长动力学，阐明低温键合机理；评估键合过程中产生的热应力，在芯片尺度上减少变形和应力的产生；并对接焊点内金属间化合物性能进行测试和计算，获得焊点微观组织特性与热疲劳性能之间的关系，揭示焊点失效机理，获得3D封装芯片低温键合的基础理论及数据。该方法不仅可以用于带有硅通孔（TSV）的芯片与芯片之间的3D互连，也可应用于MEMS、WLP等晶圆与晶圆之间的互连，为3D封装芯片低温键合技术的开发和应用奠定理论和技术基础，具有重要的科学意义和应用前景。

结项摘要

本项目针对3D封装中芯片互连开发一种新型的固液互扩散低温共晶键合方法，该方法生成的焊点中只包含单一种类的高熔点金属间化合物，实现了低温连接高温服役的目标。1）完成了3D封装芯片上键合层、焊点低温键合制备工艺的优化：采用磁控溅射和电镀相结合的方法，在硅芯片上获得了优化的低温键合钎料镀层(Sn和In)；通过对键合温度、时间、压力等工艺参数的优化，成功制备了Cu/In/Cu、Cu/Sn/Cu体系的全金属间化合物（Intermetallic Compounds-IMCs）3D封装互连焊点；2）通过对微观组织形貌、晶粒取向、金属间化合物微观力学性能的表征与分析，揭示了焊点内部Cu-In和Cu-Sn金属间化合物演变和生长机制，阐述了3D封装Cu/In/Cu和Cu/Sn/Cu微互连焊点的固液互扩散低温键合机理;对Cu/Sn/Cu体系多晶铜及单晶铜焊盘焊点内部组织形貌的演变、金属间化合物生长机制进行研究，揭示了全IMCs焊点中Cu6Sn5生长呈周期性演变规律，发现Cu3Sn的晶粒取向与Cu焊盘取向无关，而是与Cu6Sn5晶界方向有关；建立了Cu6Sn5形貌和晶粒取向关的关系；3）计算了键合过程中3D封装全金属间物焊点的热应力和应变，发现全IMCs焊点基本无塑形变形和蠕变。通过纳米压痕测试和基于Schmid定律计算的方法，揭示了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的弹性和塑性存在明显的各向异性，但硬度表现为各项同性；4）键合焊点热疲劳可靠性及失效机理研究方面：对Cu/In/Cu体系全IMCs焊点的断裂机理进行了研究，发现Cu2In相为优质相，能够大幅增强焊点力学性能；对Ni/Au/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点恒温老化过程中内部微观组织的演变机制进行了阐述。考虑残余应力的对焊点热疲劳可靠性的影响，降温速率对焊点的应力影响较大，残余应力对焊点的疲劳寿命影响不大。通过本项目研究，获得了3D封装芯片低温键合的基础理论及数据，该方法不仅可以用于带有硅通孔（TSV）的芯片与芯片之间的 3D互连，也可应用于 MEMS、WLP 等晶圆与晶圆之间的互连，为 3D 封装芯片低温键合技术的应用奠定理论和技术基础。以上研究工作共计发表论文22篇，其中SCI论文8篇, EI3篇， Ei/ISTP7篇；出版译著1部；申请发明专利9项，获得授权发明3项；培养硕士研究生5名，博士生2名；在国际会议上宣读论文6次。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（8）
专利数量（11）
混装BGA器件高温老化实验焊点微观组织研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    金属学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杭春进;田艳红;赵鑫;王春青
  • 通讯作者：
    王春青
Ultrasonic Bondability and Antioxidation Property of Ti/Cu/TaN/Ag Multi-layers on Si Substrate
Si基片上Ti/Cu/TaN/Ag多层膜的超声键合性能及抗氧化性能
  • DOI：
    10.1016/j.tsf.2012.10.014
  • 发表时间：
    2012-12
  • 期刊：
    Thin Solid Films
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Hang Chunjin;Tian Yanhong;Wang Chunqing;Wang Ning
  • 通讯作者：
    Wang Ning
三维封装芯片Cu-In体系固液互扩散低温键合机理研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    机械制造文摘(焊接分册)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王宁;田艳红
  • 通讯作者：
    田艳红
SnAgCu无铅微焊点剪切力学性能的体积效应
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    焊接学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王春青;王学林;田艳红
  • 通讯作者：
    田艳红
Effects of bump size on deformation and fracture behavior of Sn3.0Ag0.5Cu/Cu solder joints during shear testing
凸块尺寸对Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点剪切试验中变形和断裂行为的影响
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2011.09.063
  • 发表时间：
    2011-11
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Tian Yanhong;Hang Chunjin;Wang Chunqing;Yang Shihua;Lin Pengrong
  • 通讯作者：
    Lin Pengrong

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其他文献

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极端温度环境 Sn 基焊点本构方程的研究进展
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    安荣;杭春进;刘威;张威;田艳红;王春青
  • 通讯作者：
    王春青
Sn的分析型键级势
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    安荣;刘威;王春青;田艳红
  • 通讯作者：
    田艳红
高斯分布激光前向转印Cu薄膜形貌及机理研究
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘威;窦广彬;王春青;田艳红;叶交托
  • 通讯作者：
    叶交托

其他文献

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多物理场交互作用下高密度陶瓷封装器件互连焊点性能退化机理及寿命评估研究
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相似海外基金

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  • 财政年份：
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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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