更强大,在先进的包装中更好地粘合

研究人员将注意力集中在不同的铜结构上。

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随着键合间距的降低,系统封装集成商正朝着铜对铜的直接键合方向发展,这使得用于连接异质封装设备的焊料变得不那么实用。

在热压粘合中,将铜凸块焊接到下面的基板上的焊盘。在混合粘合中,铜焊盘在电介质中镶嵌,降低氧化的风险。然而,在这两种情况下,铜的表面扩散性定义了键形成的速率和温度依赖性。

然而,在这两种情况下,铜的表面扩散率决定了键形成的速率和温度依赖性。铜在立方晶格中结晶,其暴露的表面要么对应于立方体的表面,要么对应于与四个相对的角相交的平面,要么对应于与三个角相交的平面。晶体学家根据晶格的米勒指数分别标记了这些面(100)、(110)和(111)。


图1:立方晶体的平面。资源:维基共享

在铜中,氧化速度要慢得多,扩散系数也大得多数量级更快:1.22 x 105在(111)表面250°C时,cm2/秒,但只有4.74×109在(100)表面,cm2/秒,3.56 x 10-10在(110)面,cm2/秒。当连接(111)表面时,台湾国立交通大学的刘建民及其同事在低至150°C的温度下实现了牢固的连接,而低取向表面的最低连接温度接近350°C。典型的焊料回流工艺在250°C左右运行,许多临时胶粘剂都是为这个温度范围设计的。

(111)表面还提供更高的原子密度,导致更强的粘合。在此方向上占定向的谷物的曲面较小的表面易于粘合失败。

表面取向取决于用于沉积铜特征的电镀过程。应用材料工艺工程师Marvin Bernt解释说,宽而浅的地貌没有明显的侧壁。该特性的底部可以作为面向增长的模板。随着特征深度的增加,保形种子层有助于降低沿侧壁镀空洞的风险。

不幸的是,正在生长的铜层倾向于均匀地堆积在所有种子的表面。从特征底部生长的柱状晶被从侧壁生长的晶切断。当纵横比大于1.5时,这种“收缩”甚至会导致内部空隙。电镀过程需要平衡取向、沉积速率和无空洞生长之间的权衡。

无论衬垫大小如何,颗粒大小和方向也会受到衬垫阵列内位置的影响。边缘垫有更小的颗粒,向阵列内部增加。晶粒取向取决于衬垫的大小和位置,SeokHo Kim和他在三星的同事说发现,可能是由于电镀过程中电流密度的变化。然后,要获得想要的柱状晶,取决于种子层之间的相互作用,电镀工具提供的电流波形,以及电镀槽的化学性质。

当两个高度面向的表面相遇时,结果是显着的。京烨·泰安和同事在全国蔡东大学观察到的一种连续的晶格结构,抹掉了键前界面。在拉拔试验中,铜-铜界面比铜-硅结合和样品与夹具之间的粘合剂更强。同样,电阻可与大体积铜的电阻相比较。

成功的铜 - 铜键合取决于可以提供一致铜晶粒结构的电镀过程。虽然Electropating是BEOL和TSV应用的良好建立,但铜到铜键合的具体要求是新的。

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1评论

阿齐兹博士 说:

关于铜粘结铜的非常富有信息的研究。

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