单晶铜键合丝的球键合性能研究

通过对自制单晶铜键合丝进行球键合工艺试验,并对键合后焊点分别进行键合拉力(BPT)和剪切力(BST)测试,以及对键合点的组织、界面进行观察和显微硬度测试.结果表明, 单晶铜键合丝进行球键合后,焊点所能承受的拉断力和剪切力均为近似正态分布,具有较高的可信度,50 μm的单晶铜键合丝的CPK值达到1.8以上,属于优质的过程能力指数.焊点经过可靠性试验后,界面依然清晰、较为平直,没有发现界面处形成微量弥散分布的金属间化合物和Kirkendall空洞,表现出稳定的电学和界面组织性能.     

基于石墨烯阻挡层Cu-In微纳米层超声波键合技术

目的 采用松木状形貌铜铟微纳米层和超声能量，低温下实现键合互连，保证互连的可靠性，从而解决传统回流焊工艺高温引发高热应力、信号延迟加剧的问题。方法 将镀有松木状二级铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶一端，另一端为无铅焊料。在键合偶之间加入单层共形石墨烯作为阻挡层，在低温下（温度120℃），对键合接触区域施加超声能量和一定压力便可实现铜铟基板与无铅焊料的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射（XRD）、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物，以及剪切强度，对键合界面进行老化处理。结果 铜微米层具有圆锥状凸起的表面结构，其上镀覆纳米铟层，形成的结构具有巨大的表面积。在超声作用、较小的压力，以及低温条件下，铜铟松木状阵列结构插入较软的锡基焊料中，形成稳定的物理阻挡结构，实现与周围填充挤入的无铅焊料，以进行焊接互连。键合压力过小或者超声时间过长，都会在键合界面处产生线性孔洞或者裂纹，这些孔洞或者裂纹无法通过热处理消失。结论 石墨烯阻挡层避免锡焊料与粗糙表面铜基板之间直接接触，防止脆性金属间化合物的过度生长。铜铟松木状阵列结构的特殊形貌及超声波能量引入，键合在瞬...     

基于铜铟微纳米层常温超声辅助瞬态固相键合技术

目的 采用针状形貌铜铟微纳米层和超声能量,在常温下实现键合互连,保证互连的可靠性,从而解决传统回流焊工艺因高温引发的高热应力、信号延迟加剧等问题。方法 将镀有铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶,对键合接触区域施加超声能量和一定压力,实现2块铜铟基板的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物及剪切强度,并对键合界面进行热处理。结果 在超声作用和较小的压力下,铜铟微锥阵列结构相互插入,形成了稳定的物理阻挡结构。键合界面处的薄铟层在超声能量作用下,其原子快速扩散转变为金属间化合物Cu2In。Cu2In是一种优质相,具有良好的塑性,有利于提高互连强度。当键合界面铟层的厚度为250 nm,键合压力为7 MPa,键合时间为1 s时,获得了相对最佳的键合质量,同时键合界面孔洞消失。热处理实验结果表明,这种固相键合技术无需额外进行热处理,就能获得良好的键合强度。结论 铜铟微纳米针锥的特殊形貌及超声波能量的引入,使键合在室温条件下即可瞬间完成,键合质量良好,可以获得较小的键合尺寸。     

SnAgCu焊点界面金属间化合物的研究现状

SnAgCu系合金钎料是目前最有可能替代SnPb钎料的无铅钎料之一.其在回流焊过程中产生的界面金属间化合物是影响电子产品可靠性的重要因素.综述了SnAgCu钎料在Cu,Ni/Cu,Au/Ni/Cu衬底上回流焊后界面金属间化合物(IMC)的类型和产生过程,并对时效、热冲击、热循环过程中界面金属间化合物的形貌演变以及生长规...     

Si-glass-Al阳极键合电流特性及其力学性能

采用两步法实现了Si-glass-Al的可靠连接,提出了键合三层晶片的电流-时间模型.键合电流结果表明,两次阳极键合的电流变化规律一致,即先迅速增加至最大值,然后呈指数式下降;发现第二次键合的电流峰值总是大于第一次,结合提出的电流-时间模型,表明键合材料之间因不完全接触而产生的电阻会对电流峰值产生显著影响.利用扫描电镜（SEM）观察Si-glass-Al界面形貌,界面结合良好,在450℃/800 V的条件下,glass-Al及glass-Si界面处Na+耗尽层厚度分别达到了546,820 nm.试样的拉伸强度随着电压的增大而升高,无论是先键合Si还是先键合Al箔,断裂总是发生在第二次键合界面附近或玻璃基体上.     

基于同步辐射与第一性原理计算的Al/Cu钎焊界面组织与接头性能研究

界面脆性化合物对Al/Cu钎焊接头力学性能影响显著,明晰界面化合物的形成、生长行为与块体性质对调控界面组织与接头性能至关重要。本文借助同步辐射X射线成像技术对加热与冷却过程中Al/Cu钎焊界面组织演变进行动态表征,利用第一性原理计算对界面化合物的块体性质进行计算,研究了界面化合物的形成次序、模量与键合特征。结果表明,界面Al₂Cu与Al₄Cu₉化合物在冷却过程中形成,小平面枝晶状Al₂Cu化合物为初生相,从原始界面处凝固析出,且二次枝晶臂呈非对称性;与母材接触后发生扩散反应形成层状Al₄Cu₉化合物。界面化合物具有金属键与共价键的混合键合特征,Al₄Cu₉化合物具有较高的结合能、体积弹性模量、剪切模量、杨氏模量与硬度,可提高Al/Cu钎焊接头硬度,降低塑韧性。     

国外半导体器件用复合键合丝的开发

本文从几个方面论述了半导体器件键合用复合丝的开发情况。主要介绍了贵金属与贵金属复合，贵金属与普通金属复合，高纯铝与铝合金复合的键合丝的开发动向及应用前景。     

电子封装Cu键合丝的研究及应用

论述了传统Au、Al-1%Si键合丝在电子封装中的局限性,分析了Cu键合丝优良的材料性能,Cu键合丝替代Au丝和Al-1%Si丝可缩小焊接间距,提高芯片频率和可靠性。并在此基础上阐述了单晶铜作为键合丝的优势,通过键合性能的对比显示了单晶铜键合丝在电子封装中的良好特性。     

金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明：金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。     

选择性阳极键合技术在光栅陀螺中的应用

阳极键合技术广泛应用在晶圆级MEMS器件制造和封装当中,对于有悬臂梁结构器件容易在键合时发生吸合. 采用选择性阳极键合技术防止陀螺在键合中吸合失效. 推导了陀螺梁与玻璃的静电吸合电压公式并建立吸合电压与硅结构-玻璃间隙关系模型. 采用深硅制作陀螺结构,在玻璃基底溅射Al/Cr制作光栅,最后进行阳极键合. 结果表明,键合界面没有缺陷,铬及其氧化物导电抗吸合性使得硅-玻璃阳极键合未发生静电吸合失效现象,对样品进行抗剪强度测试,得出平均键合强度为33.94 MPa,键合质量良好.     

Interconnection reliability and interfacial structure between Au alloy bump and Al pad using ultrasonic bonding*

Flip chip technology with Au bumps on a substrace has been widely applied to electronic equipment such as smart phones. The purposes of this study are to examine the effect of Al pad thickness on the bondability of flip chip using ultrasonic bonding and to clarify interfacial structures between Au alloy bumps and Al pads by ultrasonic bonding compared before and after a thermal cycle test. Suitable Al thickness for excellent initial Au/Al bonding without chip cracking are 0.8 μm because a thin Al layer could not reduce stress to a chip under an Al pad during the ultrasonic bonding process. Intermetallic compounds between the Au alloy bump and chip after reflows consisted of five Au-Al layers, and a pure Al layer remained. On the other hand, after the temperature cycle test at 218/423 K, intermetallic compounds between the Au alloy bump and chip were changed into two kinds of Au-Al layers, so a pure Al layer did not exist. In addition, if thick intermetallic compound layers existed around the bonding region, bondability deteriorated easily by thermal stress due to a thermal cycle test, therefore the open failure rate was rising when the Au thickness was 1.2 μm.     

相变扩散连接界面生成金属间化合物的数值模拟

在异种材料扩散连接的接头中,当界面上有脆性的金属间化合物产生时,接头往往表现出较差的力学性能。因此,从扩散连接的生产应用及扩散连接的理论研究出发,研究扩散连接接头的界面金属间化合物的生成规律,进而对其控制,是有着非常重要的现实意义的。扩散连接界面上金属间化合物的生成及成长机制是受扩散控制的反应扩散机制,而相变扩散连接中往往还伴随着相变,因此相变扩散连接的界面反应机制更为复杂。本文根据相变扩散连接的     

Microstructure and strength of the TiAl/40Cr joint diffusion-bonded with Ti-V-Cu filler metal

In this study,intermetallic TiAl and steel 40Cr diffusion bonded successfully by using a composite barrien layer Ti/V/Cu,In this case,a diphase Ti3Al TiAl layer and a Ti solid solution which enhance the strength of the joint are obtained at the TiAl/Ti interface.The interface of TiAl/Ti/V/Cu/40Cr was free from intermetallic compounds and other brittle phases,and the strength of the joint was as high as 420MPa,very close to that of the TiAl base.This method gives a reliable bonding of intermetallic TiAl and steel 40Cr.     

金属间化合物对累积叠轧Mg/Al多层复合板材断裂过程的影响

本文采用分步拉伸观测的方法研究了累积叠轧Mg/Al多层复合板材中界面金属间化合物对复合板材断裂过程的影响。结果表明：在单向拉伸过程中,Mg/Al界面处金属间化合物导致了裂纹的萌生和扩展,从而导致Mg/Al界面的分离;在后续拉伸过程当中,由于Mg层强度较低,首先产生颈缩失效,致使整个样品提前断裂。     

Evolution of bonding interface during ultrasonic welding between steel and aluminium alloy

Ultrasonic welding (USW), a solid-state bonding technique, was applied to join ultra-low carbon steel and Al5052 aluminium alloy. The evolution of bonding strength and microstructure at the bonding interface during ultrasonic welding was investigated with an emphasis on the early stage before the formation of intermetallic compound. Initially, adhesive wear starts when steel and Al alloy have sliding contact, and thereafter, a thin layer of Al is attached onto the surface of the steel while the wear of Al base metal is continued owing to the sliding. As the welding time increases, bonding sections are gradually formed with the increase of interfacial temperature owing to the sliding friction, whose process is illustrated in this article.     

Al-Fe金属间化合物对复合板界面结合的影响(英文)

对固态铝和固态铁界面金属间化合物的生长及金属间化合物对界面结合的影响进行了研究。结果表明,固态铝和固态铁热处理后的界面主要包括Fe2Al5和FeAl3化合物层,金属间化合物恶化了界面结合强度。在拉剪测试中,断裂主要发生在Fe2Al5或FeAl3化合物层,断裂的位置主要取决于化合物层内部的缺陷,包括微裂纹和空洞。热膨胀系数不匹配产生的应力导致内部微裂纹产生,内部孔洞产生的原因是Kirkendall效应。该研究对铝和铁的焊接与连接,尤其是对铝钢复合板的制备,奠定了一定的基础。     

Interfacial phase formation of Al-Cu bimetal by solid-liquid casting method

The solid-liquid method was used to prepare the continuous casting of copper cladding aluminium by liquid aluminum alloy and solid copper, and the interfacial phase formation of Al-Cu bimetal at different pouring temperatures (700, 750, 800 ℃) was investigated by means of metallograph, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS) methods. The results showed that the pouring temperature of aluminum melt had an important influence on the element diffusion of Cu from the solid Cu to Al alloy melt and the reactions between Al and Cu, as well as the morphology of the Al-Cu interface. When the pouring temperature was 800 oC, there were abundant Al-Cu intermetallic compounds (IMCs) near the interface. However, a lower pouring temperature (700 ℃) resulted in the formation of cavities which was detrimental to the bonding and mechanical properties. Under the conditions in this study, the good metallurgical bonding of Al-Cu was achieved at a pouring temperature of 750 ℃.     

复合阻隔法的阻隔效应原理及其在扩散连接中的应用

以TiAl金属间化合物增压涡轮与 4 0Cr钢轴的扩散连接为背景 ,提出了复合阻隔法扩散连接工艺 ,并探讨了阻隔效应原理 ,建立了从材料的扩散连接性角度出发的原子半径、原子电负性阻隔层选择原则。利用本文的扩散连接阻隔效应原理 ,确定了TiAl金属间化合物增压涡轮与 4 0Cr钢轴的扩散连接复合阻隔层为Ti/V/Cu ,由此得到的扩散连接接头在V/Cu及Cu/ 4 0Cr的连接界面处出现了对连接性能有利的无限固溶体层 ,在TiAl/Ti的接触面上生成了能够强化接头强度的Ti3 Al TiAl双相层和Ti的固溶体层 ,与TiAl/ 4 0Cr直接扩散连接相比 ,Ti/V/Cu复合阻隔层的加入 ,避免了在TiAl/4 0Cr的接触面上TiC、Ti3 Al、FeAl、FeAl2 金属间化合物脆性相的产生 ,接头强度高达4 2 0MPa ,因此利用本文的阻隔效应原理可以很好地进行复合阻隔层的选择     

钛合金/Cu/不锈钢扩散焊界面化合物生长行为解析

采用拉伸、SEM扫描、能谱分析、XRD测试、热–动力学解析等手段,调查、研究了钛合金/Cu/304 扩散焊接头的力学性能、反应相种类、生成顺序及生长厚度. 结果表明,在焊接压力5.0 MPa下,接头的抗拉强度随焊接温度和时间的增加先增高后降低,在焊接温度1 223 K、时间3.6 ks时获得最高接头强度为163 MPa;过分提高温度和时间对接头性能不利. 用铜作中间层,在Cu/304界面侧基本未生成金属间化合物,而在钛合金/Cu界面间形成了由固溶体、金属间化合物Ti_xCu_y,Ti_xFe_y等组成的多层次过渡组织;由钛合金至不锈钢侧界面结构演化依次大致为Ti₂Cu,TiCu,TiCu₂,TiCu₃,TiCu₄,Ti₂Fe、FeTi,TiFe₂金属间化合物;生成的金属间化合物中Ti_xCu_y对接头强度的影响略显强于Ti_xFe_y化合物的趋势;根据推导的经验公式,通过调控温度及时间可以调控金属间化合物的层厚.     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。