Sn3.0Ag0.5Cu倒装焊点中的电迁移

采用10⁴ A/cm²数量级的电流密度对Sn30Ag05Cu倒装焊点中的电迁移机理作了研究.电迁移引起的原子（或空位）的迁移以及在此过程中形成的焦耳热,使Sn30Ag05Cu倒装焊点的显微形貌发生变化.电迁移作用下,由于空位的定向迁移和局部的电流聚集效应使阴极芯片端焊料与金属间化合物界面形成薄层状空洞.处于阴极的Cu焊盘的Ni（P）镀层与焊料间也产生了连续性空洞,但空洞面积明显小于处于阴极的芯片端焊料与金属间化合物界面.焊盘中的Cu原子在电迁移作用下形成与电子流方向一致的通量,最终导致焊点高电流密度区域出现连续性的金属间化合物且金属间化合物量由阴极向阳极逐渐增多. 关键词： Sn30Ag05Cu 倒装 焊点 电迁移     

Cu/Al引线键合界面金属间化合物生长过程的原位实验研究

铜引线键合由于在价格、电导率和热导率等方面的优势有望取代传统的金引线键合, 然而Cu/Al引线键合界面的金属间化合物(intermetallic compounds, IMC)的过量生长将增大接触电阻和降低键合强度, 从而影响器件的性能和可靠性. 针对以上问题, 本文基于原位高分辨透射电子显微镜技术, 研究了在50–220 ℃退火温度下, Cu/Al引线键合界面IMC的生长问题, 实时观测到了Cu/Al IMC的动态生长及结构演变过程. 实验结果表明, 退火前颗粒状的Cu/Al IMC 分布在键合界面, 主要成分为Cu₉Al₄, 少量成分为CuAl₂. 退火后Cu/Al IMC的成分是: 靠近Cu一端为Cu₉Al₄, 远离Cu的一端为CuAl₂. 同时基于原位观测Cu/Al IMC的动态生长过程, 计算得到了Cu/Al IMC 不同温度下的反应速率和激活能, 给出了基于原位实验结果的Cu/Al IMC的生长公式, 为优化Cu/Al引线键合工艺和提高Cu/Al引线键合的可靠性提供了指导.     

Gd-Sn二元系合金相图

本文用X射线衍射和差热分析方法,对Gd-Sn二元系进行了研究,观察到三种新的金属间化合物Gd₃Sn,Gd₈Sn₇和Gd₃Sn₄,并作出了这个二元系合金相图。这个二元系中,共存在着八种金属间化合物,它们是:Gd₃Sn,Gd₅Sn₃,Gd₅Sn₄,Gd₈Sn₇,Gd₁₁Sn₁₀,Gd₃Sn₄,GdSn₂和GdSn₃。金属间化合物Gd₃Sn和Gd₅Sn₃分别在1173℃和1243℃同成分熔化;金属间化合物Gd₅Sn₄,Gd₈Sn₇,Gd₁₁Sn₁₀,Gd₃Sn₄,GdSn₂和GdSn₃分别在1179℃,1114℃,1095℃,995℃,941℃和905℃由包晶反应生成。存在着1103℃约15at％Sn,1141℃约32at％Sn和232℃约100at％Sn三个共晶反应。无论是Gd在Sn中还是Sn在Gd中都没有观察到溶解度。 关键词：     

Dy-Sn二元系合金相图

本工作用X射线粉末照相法和差热分析法测定了Dy-Sn二元系合金相图。Dy-Sn系存在九个金属间化合物,其中DySn₂,Dy₅Sn₃,Dy₅Sn₄以及Dy₁₁Sn₁₀已有结构报道,其余五个化合物尚未见报道,它们是:Dy₂Sn,DySn,Dy₈Sn₉,Dy₄Sn₇和DySn₄存在四个共晶反应,六个包晶反应。化合物Dy₂Sn,DySn,Dy₄Sn₇分别在1237℃,1222℃及1154℃同成份熔化,Dy₅Sn₃,Dy₅Sn₄,Dy₁₁Sn₁₀,Dy₈Sn₉,DySn₂及DySn₄则分别在包晶反应温度,1140℃、1160℃,1175℃,1134℃,738℃以及442℃分解,富Dy区在1182℃存在一熔晶转变。DySn₄与Sn互不溶解。α-Dy中最大含Sn量大约为5wt％,β-Dy中最大含Sn量大约为7wt%。 关键词：     

深过冷Cu60Sn30Pb10偏晶合金的快速凝固

实现了大体积Cu₆₀Sn₃₀Pb₁₀偏晶合金的深过冷与快速凝固. 实验获得的最大过冷度为173 K(0.17T_L). 凝固组织发生了明显的宏观偏析,XRD分析表明,试样上部是由固溶体(Sn),(Pb)相和金属间化合物ε(Cu₃Sn)相组成的三相区,下部为富(Pb)相区. 在小过冷条件下,三相区中ε(Cu₃Sn)相的凝固组织为粗大的枝晶,随着过冷度的增大,ε(Cu₃Sn)相细化成层片状组织,且层片间距随过冷度的增大而减小,而(Sn),(Pb)两相始终以离异共晶的方式存在. 富(Pb)相区中分布有少量的ε(Cu₃Sn)枝晶,枝晶长度随过冷度的增大而增大,且在大过冷条件下发生碎断. (Sn)相在ε(Cu₃Sn)相表面形核、长大,其形态类似于包晶凝固组织. 关键词： 深过冷 快速凝固 偏晶合金 层片组织     

Si(001)衬底上分子束外延生长Ge0.975Sn0.025合金薄膜

使用低、高温两步法生长的高质量Ge薄膜作为缓冲层,在Si(001)衬底上采用分子束外延法生长出Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜.X射线双晶衍射和卢瑟福背散射谱等测试结果表明,Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜具有很好的晶体质量,并且没有发生Sn表面分凝.另外,Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜在500 ℃下具有很好的热稳定性,有望在Si基光电器件中得到应用. 关键词： GeSn Ge 分子束外延 外延生长     

热-电应力下Cu/Ni/SnAg_(1.8)/Cu倒装铜柱凸点界面行为及失效机理

微互连铜柱凸点因其密度高、导电性好、噪声小被广泛应用于存储芯片、高性能计算芯片等封装领域,研究铜柱凸点界面行为对明确其失效机理和组织演变规律、提升倒装封装可靠性具有重要意义.采用热电应力实验、在线电学监测、红外热像测试和微观组织分析等方法,研究Cu/Ni/SnAg_1.8/Cu微互连倒装铜凸点在温度100—150℃、电流密度2×10~4—3×10~4 A/cm~2热电应力下的互连界面行为、寿命分布、失效机理及其影响因素.铜柱凸点在热电应力下的界面行为可分为Cu_6Sn_5生长和Sn焊料消耗、Cu_6Sn_5转化成Cu_3Sn、空洞形成及裂纹扩展3个阶段,Cu_6Sn_5转化为Cu_3Sn的速率与电流密度正相关.热电应力下,铜凸点互连存在Cu焊盘消耗、焊料完全合金化成Cu_3Sn、阴极镍镀层侵蚀和层状空洞4种失效模式.基板侧Cu焊盘和铜柱侧Ni镀层的溶解消耗具有极性效应,当Cu焊盘位于阴极时,电迁移方向与热迁移方向相同,加速Cu焊盘的溶解以及Cu_3Sn生长,当Ni层为阴极时,电迁移促进Ni层的消耗,在150℃,2.5×10~4 A/cm~2下经历2.5h后,Ni阻挡层出现溃口,导致Ni层一侧的铜柱基材迅速转化成(Cu_x,Ni_y)_6Sn_5和Cu_3Sn合金.铜柱凸点互连寿命较好地服从2参数威布尔分布,形状参数为7.78,为典型的累积耗损失效特征.研究结果表明:相比单一高温应力,热电综合应力显著加速并改变了铜柱互连界面金属间化合物的生长行为和失效机制.     

金属间化合物PrMn6Sn6的结构、磁性与119Sn穆斯堡尔谱研究

采用电弧熔炼法制备了金属间化合物PrMn₆Sn₆.X射线衍射表明该化合物具有HoFe₆Sn₆型(空间群为Immm)晶体结构.磁测量表明该化合物为铁磁性，居里温度为325　K.在15—360　K范围内测量了¹¹⁹Sn穆斯堡尔谱，得到了8个Sn原子晶位的转移超精细场随温度的变化，并且讨论了Mn亚晶格与Pr亚晶格的磁有序方向. 关键词： 6Sn₆')" href="#">PrMn₆Sn₆ 穆斯堡尔谱 磁结构     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响

本文研究了150 ℃, 1.0× 10⁴ A/cm²条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响. 回流后在solder/Ni和solder/Ni-P的界面上均形成(Cu,Ni)₆Sn₅类型金属间化合物. 时效过程中两端界面化合物都随时间延长而增厚, 且化合物类型都由(Cu,Ni)₆Sn₅转变为(Ni,Cu)₃Sn₄. 电迁移过程中电子的流动方向对Ni-P层的消耗起着决定性作用. 当电子从基板端流向芯片端时, 电迁移促进了Ni-P层的消耗, 600 h后阴极端Ni-P层全部转变为Ni₂SnP层. 阴极界面处由于Ni₂SnP层的存在, 使界面Cu-Sn-Ni三元金属间化合物发生电迁移脱落溶解, 而且由于Ni₂SnP层与Cu焊盘的结合力较差, 在Ni₂SnP/Cu界面处会形成裂纹. 当电子从芯片端流向基板端时, 阳极端Ni-P层并没有发生明显的消耗. 电流拥挤效应导致了阴极芯片端Ni层和Cu焊盘均发生了局部快速溶解, 溶解到钎料中的Cu和Ni原子沿电子运动的方向往阳极运动并在钎料中形成了大量的化合物颗粒. 电迁移过程中(Au,Pd,Ni)Sn₄的聚集具有方向性, 即(Au,Pd,Ni)Sn₄因电流作用而在阳极界面处聚集.     

太阳电池用Cu2ZnSnS4薄膜的反应溅射原位生长及表征

通过直流反应磁控溅射技术,原位生长制备了太阳电池用Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜.采用X射线能量色散谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和霍尔效应测试系统对薄膜进行了表征.结果表明,原位生长的CZTS薄膜具有均质、致密和平整的形貌,且由贯穿整个薄膜厚度的柱状颗粒组成.不同基底温度下生长所得薄膜的Cu/(Zn+Sn) 值均约为1,而Zn/Sn值均大于1且随着基底温度升高而减小.所得薄膜在(112)方向上择优取向明显,且结构特征受基底温度和Cu/(Zn+Sn)的共同影响.所得薄膜均具有高达10⁴cm^-1的光吸收系数,其带隙宽度随着生长温度的增加而降低,并且在500℃时为(1.51±0.01)eV.薄膜的导电类型均为p型,且具有与器件级Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)相当的载流子浓度. 关键词： 2ZnSnS₄')" href="#">Cu₂ZnSnS₄ 直流反应磁控溅射 原位生长 太阳电池     

Microstructure evolution and grain refinement of ultrasonic-assisted soldering joint by using Ni foam reinforced Sn composite solder

In this investigation, ultrasonic-assisted soldering at 260 °C in air produced high strength and high melting point Cu connections in 60 s using Ni foam reinforced Sn composite solder. Systematically examined were the microstructure, grain morphology, and shear strength of connections made with various porosities of Ni foam composite solders. Results shown that Ni foams as strengthening phases could reinforce Sn solder effectively. The addition of Ni foam accelerated the metallurgical reaction due to great amount of liquid/solid interfaces, and refined the intermetallic compounds (IMCs) grains by ultrasonic cavitation. The joints had different IMCs by using Ni foam with different porosity. Layered (Cu,Ni)₆Sn₅ and (Ni,Cu)₃Sn₄ phases both existed in Cu/Ni60-Sn/Cu joint while only (Cu,Ni)₆Sn₅ IMCs grew in Cu/Ni98-Sn/Cu joint. As ultrasonic time increasing, Ni skeletons were dissolved and the IMCs were peeled off from substrates and broken into small particles. And then, the IMCs gradually dissociated into refined particles and distributed homogeneously in the whole soldering seam under cavitation effects. Herein, the Cu/Ni60-Sn/Cu joint ultrasonically soldered for 60 s exhibited the highest shear strength of 86.9 MPa, as well as a high melting point about 800 ℃ for the solder seam composed of Ni skeletons and Ni-Cu-Sn IMCs. The characterization indicated that the shearing failure mainly occurred in the interlayer of the soldering seam. The homogeneous distributed granular IMCs and Ni skeletons hindered the crack propagation and improved the strength of Cu alloy joints.     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

Temperature-dependent texture, stress and resistivity in melt spun Cu0.95Co0.05 ribbon

Ribbon samples of Cu_0.95Co_0.05 were prepared by melt spinning method to perform systematic investigations on structure and transport properties as a function of annealing temperature. X-ray diffraction study shows that the ribbon is polycrystalline with a strong 2 0 0 texture along the surface normal of the as-quenched Cu_0.95Co_0.05 ribbon and the degree of texture is enhanced upon annealing. The compressive stress, which relaxes upon annealing, is observed in as-quenched ribbon. The resistivity, which is higher in as-quenched ribbon, decreases toward the bulk value of Cu upon annealing. The compressive stress and higher resistivity in as-quenched ribbon are attributed to the incorporation of Co atoms/particles in Cu matrix. The decrement of the stress and resistivity upon annealing is due to the precipitation of Co atoms from the Cu matrix, segregating as Co or Co-rich Cu grains as observed from the transmission electron microscopy measurements.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

低能Cu13团簇沉积薄膜的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法对Cu₁₃团簇在Fe（001）表面上沉积薄膜进行了研究,分析了不同沉积条件对薄膜生长模式的影响,对比分析了不同沉积条件下表面粗糙度、缺陷分布和外延度等薄膜性质的差异。Cu₁₃团簇的初始沉积能量范围为0.1~10.0 eV/atom,沉积率为1.0 clusters/ps,衬底温度分别为300,700和1 000 K。模拟结果表明:团簇初始沉积能量主要影响薄膜生长模式,当初始沉积能量为7.5 eV/atom的Cu₁₃团簇沉积到温度为300 K的Fe（001）表面时,可形成表面光滑、内部缺陷少和较好外延度的高质量Cu薄膜。     

机械合金化Cu1-xSnx系的穆斯堡尔研究

利用机械合金化方法获得了几种铜－锡合金，特别是熔融法不易获得的η-Cu₆Sn₅，Ｘ射线衍射结果显示球磨使各样品纳米化，并形成包含确定合金相的固溶体，穆斯堡尔谱表明，各固溶体中除包含合金相外，还存在富锡相及富铜相，提出在机械合金化过程中，首先铜和锡纳米化，然后两种原子相互扩散形成包含合金相、富α－锡相和富ｆｃｃ铜相的固溶体。 关键词：     

The crystal structure of (Pb0.5Cd0.5)Sr2 (Y1−xCax)Cu2O7

The crystal structures of (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂YCu₂O₇, (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂(Y_0.6Ca_0.4)Cu₂O₇ and (Pb_0.5Cd _0.5)Sr₂(Y_0.5Ca_0.5)Cu₂O₇ have been refined by the Rietveld method for the X-ray diffraction data. The refinement results indicate that both Pb and Cd atoms in the (Pb, Cd)O layers and O(3) atoms are displaced from their ideal sites, and that there is a complicated occupation in the (Pb, Cd)O layers, i.e., other cations, such as Sr²⁺, Cu²⁺ and Ca²⁺, can occupy the (Pb, Cd) site for these samples. This may be the reason why the lattice constants do not vary monotanically with the calcium content, and why there exist broad superconducting transitions in the system (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂(Y_1−xCa_x)Cu₂O₇. The refinement results also indicate that, as the calcium content increases, the O(2) atoms move close to the CuO₂ planes and far from the (Pb, Cd)O layers. Thus, the increase of calcium content results in charge transfer from the charge reservoir layer (Pb, Cd)O to the CuO₂ planes. This result is consistent with the bond valence sums of the Cu ions in the CuO₂ planes.