面向电子制造的功率超声微纳连接技术进展

为满足电子制造与封装对新材料与工艺的迫切需求,尤其是高功率、高温服役、高集成度以及高可靠性等新型器件的连接难题,开发了面向电子制造的功率超声微纳连接技术。从固相键合、超声复合钎焊和超声纳米连接3个方面,综述了面向电子制造的功率超声微纳连接技术的原理方法、优势与应用场合。功率超声由于其表面清洁、声流和空化作用,将大幅提升冶金反应速率,有效解决了传统TLP反应温度高时间长,以及Cu和Al等金属的易氧化等问题,甚至攻克了Al2O3,AlN,SiC等陶瓷基板的难润湿以及低温纳米颗粒烧结驱动力不足的难题。综述了该领域多年来的研究成果,聚焦电子制造中的功率超声微纳连接技术,从固相连接领域的引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造,到钎焊领域的超声低温软钎焊、超声中高温连接以及超声瞬态液相连接,最后针对第三代半导体高功率器件简述了超声纳米连接,探讨了功率超声微纳连接技术的研究进展及趋势。     

用于电子封装的纳米银浆低温无压烧结连接的研究

用纳米银浆在低温无压条件下烧结获得了铜与铜的互连,这一接头制造过程可以替代钎料应用于电子封装中。在150℃～200℃烧结温度下,接头强度为17 MPa～25 MPa,热导率为54 W/（m.K）～74 W/（m.K）。柠檬酸根作为保护层包覆在纳米颗粒表面起到稳定作用。保护层与纳米颗粒之间形成的化学键断裂是烧结过程发生的开始。通过透射电镜观察发现了一种新的由于有机保护层不完全分解产生的松塔状纳米银颗粒烧结再结晶形貌。讨论了这种再结晶形貌对接头导热性能产生的影响。     

超声楔键合Au/Al和Al/Au界面IMC演化

基于固体相变理论,研究Au丝、Al丝超声楔-楔键合接头的温度长期可靠性.200℃下,存储时间＜48 h时,Au/Al接头界面并未发生明显变化;随着接头存储时间增加,界面金属间化合物(IMC)开始由焊盘向引线方向生长(垂直生长);240 h时,Al焊盘完全被消耗,接头连接界面部位生成Au5Al2,周边为Au2Al;继续增加存储时间,IMC向接头水平方向生长(水平生长),Au5Al2向更稳定的Au2Al转变,IMC与引线之间形成严重的Kirkendall孔洞.Al/Au系统相对稳定得多,界面IMC生长缓慢,然而,界面化合物AuAl2导致接头裂纹,而引线内部出现严重的空洞.对比并分析了两种楔焊系统界面演变特点和产生机制.     

功率超声微纳电子封装互连技术研究进展

新材料与工艺是推动先进电子制造与封装发展的关键,尤其针对高集成度、高温服役和高可靠性等大功率器件的互连难题,开发出面向高端微电子制造关键“卡脖子”技术的材料与工艺显得尤为紧迫。功率超声具有表面清洁、空化与声流等特性,可显著提高界面冶金连接能力,能有效克服传统瞬态液相连接反应时间长与温度高的难点,且能破解Cu、Al等金属互连过程中易氧化的痛点问题,并解决了SiC、Al2O3、AlN等陶瓷基板难润湿与纳米颗粒低温烧结驱动力不足的难题。结合本团队在该领域深耕多年的积累,聚焦功率超声应用于微纳连接方向,从超声固相键合、超声复合钎焊和超声纳米烧结互连等三个方面综述了面向电子制造中功率超声微纳连接技术的原理、方法、特点及实际应用场合,并分别从固相连接中引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造等领域,到钎焊连接中超声低中高温软钎焊与超声瞬态液相连接等领域,提出适用于超声微纳连接的新型互连技术。最后,针对第三代半导体中大功率器件封装互连的迫切需求提出了超声纳米烧结连接新方法,并开发出具有高效低温连接高温服役的金属纳米焊膏新型互连材料,且对其接头力学、热学、电学,以及可靠性等进行了全面评估,也进一步总结...     

超声诱发粗晶纯铝细丝塑性孪晶变形机理的研究

孪晶（生）和滑移是晶体的两种琏本形变机制．当晶体的外部儿何尺度减小到亚傲米量级时,其塑性变形方式将发生根本性的转变,例如块体钛合金发生这一转变的临界特征尺寸约为0．1～10μm。     

超声引线键合点形态及界面金属学特征

采用超声键合的方法,研究了键合点的形成原因,通过SEM及EDX分析发现超声键合过程中存在扩散现象.对键合点进行了老化试验,考察了键合点上25μm直径的质量分数为Al 1%Si引线的组织演变情况,在170℃下,随着老化时间的延长,键合点上引线内部形成了大量的微裂纹和孔洞,连接成线,与超声振动方向平行,分析了产生原因以及对键合点可靠性的影响.     

一种新型第三代镍基粉末高温合金的微观组织及其力学性能研究

本工作研究了一种自主研发的第三代粉末高温合金WZ-A3不同工艺状态的显微组织特征以及热处理后合金的高温拉伸、蠕变以及疲劳性能。该合金采用热等静压(HIP)+热挤压(HEX)+锻造(HF)+热处理(HT)工艺加以制备。结果表明:HIP态合金晶粒度等级为ASTM8~9级,晶界存在粗大γ＇相,晶内存在相对细小的γ＇相;经挤压+锻造后,合金晶粒度等级可达ASTM13~14级,晶内γ＇相细化,但晶界处的γ＇相数量明显增多;热处理后合金晶界处大块状的γ＇相数量明显减少,晶内γ＇相平均尺寸由HIP态的400nm细化至热处理态的200nm。过固溶+时效热处理后的合金700℃抗拉强度和屈服强度分别达1360MPa和1029MPa,延伸率和断面收缩率分别为23.5%和17%;在800℃/330MPa条件下蠕变量达0.2%时所用时长为229小时;700℃/0~0.8%/0.33Hz条件下的疲劳寿命为24500循环周次。蠕变性能和疲劳性能与LSHR和ME3等三代镍基粉末高温合金相当,但700℃拉伸强度较LSHR合金高近50MPa,延伸率为其3倍,屈服强度稍有降低。     

喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征

镍基粉末高温合金涡轮盘长期在高温高应力条件下服役,对其综合力学性能有着严苛的要求,而表面形貌与微观组织对盘件性能有着至关重要的影响,通常需进行表面喷丸强化处理。基于此,本工作系统性地研究了不同喷丸强度下FGH4113A合金的表面和亚表层微观组织及变形情况,并探究了两者的定量关系。结果表明：经过喷丸处理后,合金亚表面产生位错塞积,诱发晶粒内形成变形孪晶,并且变形孪晶数量随喷丸强度的增大而增大。另外,喷丸强化引入的位错使变形层存在大量的小角晶界,从而发生晶粒细化提升了合金硬化效果。随着喷丸强度的增大,合金表面粗糙度、表面残余压应力、硬化层厚度以及表面显微硬度等特征呈现出不断增大的趋势。这些研究结果可为实际生产过程中喷丸强化参数的调控提供一定的数据支撑。     

铣削参数对镍基高温合金FGH4113A加工表面完整性的影响

通过铣削试验分别研究了主轴转速(300,500,650,800,1 200 r·min^-1)、铣削进给量(0.030,0.045,0.060,0.075,0.090 mm·r^-1)和单道次铣削深度(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80 mm)对FGH4113A镍基高温合金加工表面完整性的影响。结果表明：随着铣削进给量或单道次铣削深度的增大,加工表面的缺陷增多,表面粗糙度和硬度增大,表面残余应力逐渐由压应力转变成拉应力;随着主轴转速的增大,加工表面缺陷减少,表面粗糙度和硬度降低,残余压应力减小。在铣削速度超过800 r·min^-1、单道次铣削深度小于0.35 mm、进给量控制在0.045 mm·r^-1以下条件下,加工表面质量较好,表面粗糙度R_a在0.40μm左右,残余应力为压应力,且无明显硬化层。     

超声楔键合Al/Ni系统高温存储过程界面扩散行为(英文)

应用电子扫描电镜(SEM)及X射线能谱(EDX)分析了直径为25μm的Al+1％Si引线与 Au／Ni／Cu焊盘键合后以及老化过程中界面间的冶金行为,结果表明:接头形成于键合点塑性流动 最大的周边区域;超声引线键合的连接本质是压力使引线发生塑性流动导致Al元素与Ni元素之 间的扩散,而超声一方面使金属引线软化增强了塑性流动的程度,另一方面超声使引线内部产生大 量的缺陷,成为扩散的通道,大大加速了扩散的进行;短路扩散是键合点形成的主要机制。在170℃ 时,键合点空气中高温存储后X射线能谱线扫描分析结果表明:老化10 d时,有明显的Ni向Al引 线内扩散现象;老化30 d时,引线内部出现孔洞以及裂纹,界面出现云状组织,成份分析为15．55％ Ni和78．82％Al;老化40 d时,引线内部出现大量的孔洞并存在方块岛状的Al-Ni组织,其尺寸和 形状显示与Kirkendall孔洞不同。