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。     

塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进展

为了解决当前聚合物MEMS器件键合技术中存在的问题,将塑料超声波焊接技术引入聚合物微器件键合领域,从而形成了一种新的MEMS键合工艺--超声波键合.目前广泛应用于聚合物加工的塑料超声波焊接技术具有不需要焊剂和外部热源、对焊件破坏轻、焊接时间短、焊接影响区域小等优点,超声波聚合物MEMS器件键合是塑料超声波焊接技术从宏观器件到微观器件的一次应用范围上的拓宽.简述了塑料超声波焊接和MEMS器件超声波键合技术的国内外研究发展现状.采用MEMS加工工艺制作了带有键合接头的PMMA微流控芯片,并利用超声波塑料焊接机实现了高强度密封键合试验.然而,与宏观器件的焊接相比超声波MEMS键合存在着因结构微型化而产生的特殊技术问题,文章对这些问题进行了讨论.     

一种基于点压技术的新型晶圆键合方法

金金热压键合法在半导体制造领域中应用广泛，为了进一步改进该键合方法，首次提出了一种基于点压技术的新型晶圆键合方法，并研究了工艺温度、压强以及时间对点压键合法单点键合面积的影响. 通过超声扫描显微镜图像，着重比较了传统金金热压键合法与点压键合法的键合面积比. 对点压键合法的可选择键合性进行了讨论. 结果表明，点压键合法工艺步骤简单，工艺稳定性较好，且具有一定的可选择键合特性，在半导体制造领域中将具有广泛的应用前景.     

键合界面金属间化合物对可靠性影响的研究现状

在微电子封装过程中,键合丝被广泛应用,而键合可靠性对于产品的应用性能有着极大的影响,受到人们的广泛关注。键合丝与常用的铝焊盘之间是异质材料,在应用和服役的过程中会在界面上产生金属间化合物(IMC),对器件可靠性产生影响,同时,键合强度也与键合丝和焊盘之间的界面反应联系密切,因此了解键合丝与铝焊盘之间金属间化合物的形成与演变对键合可靠性的影响是有必要的。本文综述了Au/Al、Ag/Al和Cu/Al三种键合界面上金属间化合物的形成与演变的研究现状,并根据目前的应用状况,展望了未来的应用发展前景。     

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.     

瞬态电流键合对Ag修饰石墨烯Sn-Ag-Cu复合焊点界面反应的影响

为了研究Ag修饰石墨烯增强的Sn-Ag-Cu(SAC/Ag-GNSs)焊点在传统回流焊过程中Ag-GNSs在熔池中上浮聚集问题,利用电流密度(1.0×104 A/cm2)在几百毫秒内实现Cu-SAC/Ag-GNSs-Cu接头快速键合.结果表明,Ag-GNSs均匀分散在焊点中,为Cu6Sn5晶粒成核提供更多形核位点,从而...     

多层静电键合专用设备的研制

静电键合是MEMS器件加工的重要技术之一,在MEMS生产制造过程中,由于其本身的结构特点以及组成材料的要求,常常需要进行多层材料(功能元件)间的连接,目前通常采用2个电极通过一次电极反接的方式实现多层样片之间的静电键合,但是第2次键合过程中在第1次键合面形成的反向电压会减弱键合的强度,本文针对这种情况研刺了1套双阴极共...     

三维封装芯片Cu-In体系固液互扩散低温键合机理研究

芯片封装已经迈入3D封装的时代,固液互扩散键合法(Solid Liquid Inter diffusion Bonding,SLID)以其独有的优势成为芯片互连中的很有发展前景的一种方法。SLID键合采用低温钎料锡或铟,在较低温度下就可键合,并且由于焊点尺寸小,键合后全部由金属间化     

玻璃/铝七层静电键合接头残余应力应变数值模拟

利用有限元分析软件MARC,对冷却后的七层玻璃/铝静电键合试件进行数值模拟分析,获得了七层静电键舍冷却试件内残余应力应变分布.模拟结果表明,玻璃/铝键合试件冷却后,由于试件各处的冷却收缩量不同,试件冷却后内部存在残余应力应变,试件发生翘曲.等效应力分布规律表明,过渡层内的等效应力最大,铝层两侧过渡层和玻璃层内的等效应力分布关于铝层呈对称分布;铝层内的等效应力值达到了屈服强度,表明铝层发生了塑性变形,所以,铝层内的等效应变最大.     

先进封装中铜-铜低温键合技术研究进展

Cu-Cu低温键合技术是先进封装的核心技术,相较于目前主流应用的Sn基软钎焊工艺,其互连节距更窄、导电导热能力更强、可靠性更优. 文中对应用于先进封装领域的Cu-Cu低温键合技术进行了综述,首先从工艺流程、连接机理、性能表征等方面较系统地总结了热压工艺、混合键合工艺实现Cu-Cu低温键合的研究进展与存在问题,进一步地阐述了新型纳米材料烧结工艺在实现低温连接、降低工艺要求方面的优越性,概述了纳米线、纳米多孔骨架、纳米颗粒初步实现可图形化的Cu-Cu低温键合基本原理. 结果表明,基于纳米材料烧结连接的基本原理,继续开发出宽工艺冗余、窄节距图形化、优良互连性能的Cu-Cu低温键合技术是未来先进封装的重要发展方向之一.     

粘接结构质量超声检测和信号处理方法

粘接结构的粘接质量无损检测要求越来越高,而超声检测方法具有更突出的优点被广泛应用。结合现有的研究状况,介绍目前在粘接质量检测上使用的几种超声检测方法,全面分析了这些方法的应用特点,超声导波检测方法具有更广阔的应用前景,可以预期采用超声导波检测方法检测粘接结构质量将是未来一段时间研究的热点之一。最后对3种常用的超声检测信号时频处理方法进行了分析,这些方法具有不同侧重点,可根据不同需求采用相应处理方法。     

基于激光表面微纳结构的胶接性能研究进展

胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效。激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改善接头的性能。首先介绍了激光表面处理原理及激光器分类,对比了不同激光器的优缺点及加工质量特性,分析了激光加工参数对接头强度的影响。其次从激光加工不同表面微纳结构入手,阐述了不同表面微纳结构的加工方式,分析了不同表面微纳结构对不同材料接头强度的影响。此外,针对不同的表面微纳结构,其结构参数有所不同,导致接头表面化学成分和润湿性能也有所不同,使得接头强度有所差异,在此基础上分析了微纳结构参数对接头强度的影响及原因。同时,胶层间的作用机制与接头强度具有密不可分的联系,研究表明,不同的表面微纳结构对胶层的作用机制具有明显的不同,归纳总结发现,经激光表面处理形成表面微纳结构后接头表面粗糙度、化学性质、润湿性能及胶层间裂纹的扩展对接头强度的提升具有一定作用。最后,对激光表面处理微纳结构的研究进行了展望。     

Ti／Al扩散焊的接头组织结构及其形成规律

以TA2和L4为焊接材料进行扩散焊，结合剪切断口形貌，XRD分析，SEM分析和接头强度测试，研究了Ti／Al扩散焊的接头形成规律。结果表明，接头形成过程包括互扩散形成冶金结合、冶金结合区生成新相、新相颗粒长大连接成片层、新相片层按照抛物线规律生长4个阶段。TiAl3是扩散反应的初生相，且在较长时间内是唯一生成相。它的生成具有一定延迟时间tD，tD受温度影响很大。接头强度取决于扩散区中冶金结合的程度及界面结构，在TiAl3新相连接成片层之后，接头强度达到甚至超过L4型Al母材。接头剪切断裂发生在界面扩散区的Al侧或Al母材内部。     

有机溶剂保护对Al/Ni扩散连接的影响规律研究

采用有机溶剂保护实现了纯铝和纯镍的扩散连接。利用扫描电子显微镜、能谱分析以及X射线衍射等分析手段,确定了Al/Ni扩散连接接头典型的界面结构为Al/Al_3Ni_2/Ni。在扩散连接过程中利用有机溶剂防止铝表面发生二次氧化,相比直接扩散连接可得到更好的焊接质量。研究了连接温度对Al/Ni接头界面结构的影响规律,随着连接温度的升高各反应层厚度逐渐增加。当连接温度为490℃,连接时间为60 min,连接压力为2 MPa时,接头抗剪强度达到最大值,为17.83 MPa,比该工艺下直接扩散连接得到的焊接接头强度提高了约55%。     

SiC/Nb/SiC扩散连接接头的界面构造及接合强度

使用Ｎｂ箔作中间层对常压烧结ＳｉＣ陶瓷进行了真空扩散连接。在最初的反应阶段，六方晶的Ｎｂ２Ｃ和Ｎｂ６Ｓｉ３Ｃｘ反应物分别在Ｎｂ和Ｓｉ侧形成。随着连接时间的增加，立方晶的ＮｂＣ和六方晶的ＮｂＳｉ２相在界面出现。试验结果表明，在１７９０Ｋ，３６ｋｓ的连接条件下所获得的扫头，其室温剪切强度达到１８７ＭＰａ，高温剪切强度超过１５０ＭＰ。     

微细超声加工技术的发展现状与评析

对国内外微细超声加工技术的发展进行了系统的综述，重点介绍了机床结构与工具制备、加工模式和基础研究等几个方面的现状，并对其中的一些关键问题进行了分析。     

置氢TC4钛合金与Al2O3陶瓷扩散连接工艺研究

采用直接扩散连接的方法实现了置氢TC4钛合金与Al2O3陶瓷的连接,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析以及X射线衍射等分析手段,确定了TC4/Al2O3扩散连接接头典型的界面结构为TC4/α-Ti/Ti3Al+Al2TiO5/Al2O3。研究了连接温度对TC4/Al2O3接头界面结构的影响规律,随着连接温度的升高各反应层厚度逐渐增加。基于反应动力学方程,计算了氢含量(质量分数)为0%、0.3%、0.4%时,Ti3Al+Al2TiO5层的反应激活能分别为213、172、152kJ/mol。当连接温度为840℃,连接时间为90min,氢含量为0.4%时,接头抗剪强度达到最大值为128MPa,断口分析表明断裂主要发生在Al2O3陶瓷母材侧。     

ASPS技术制备微纳结构FeS固体润滑渗硫层的研究

利用可移动活性屏低温离子渗流技术(简称ASPS技术),考察了工艺参数对渗硫层形貌、结构等的影响,制备了具有微纳结构的FeS固体润滑渗硫层。研究发现,渗硫温度比保温时间对FeS固体润滑渗硫层的形貌和组成结构影响更大。当渗硫温度230℃、保温2 h时,渗硫层以FeS为主,但含少量的FeS2,渗硫层中S/Fe原子摩尔百分比值接近1。渗硫层由微纳米量级的硫化物颗粒堆积而成,表层为富S层、次表层为FeS层,在渗硫层和基体之间存在厚度约400 nm的扩散层。     

CoNiCrAlY黏结层结构设计及其对热障涂层结合强度和抗热震性能的影响

目的 设计热障涂层黏结层结构,改善涂层结合强度和抗热震性能。方法 制备了5种结构的CoNiCrAlY黏结层,即超音速火焰喷涂(HVOF)底层+等离子喷涂(APS)上层的双层结构黏结层试样,对其进行1 050℃真空热处理3 h后的试样,APS黏结层试样,HVOF黏结层试样及其真空热处理试样。再在以上5种试样表面制备Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)陶瓷层,研究黏结层的表面粗糙度、相组成、微观组织结构及其对涂层试样结合强度、热震性能的影响。结果 制备态的黏结层由γ/γ’和β-NiAl两相组成,真空热处理后β相含量增多,表面粗糙度下降。在所有涂层试样中,双黏结层的涂层试样的结合强度最低,为28.43 MPa;对其真空热处理后得到的涂层试样的结合强度最高,达到39.42 MPa,主要原因在于热处理促进了两黏结层之间的扩散,提高了界面强度。双黏结层的涂层试样的抗热震性能最好,200次热震后涂层无明显剥落,而APS黏结层的涂层试样的抗热震性能最差,涂层抗热震性能的差异在于黏结层微观结构的不同。结论 双黏结层的结构设计综合了APS、H...