倒装芯片塑料球栅阵列封装器件在外应力下的失效机理

倒装芯片塑料球栅阵列(FC-PBGA)封装形式独特而被广泛应用, 分析研究其在实际应用过程中, 在高温、电、水汽等多种综合环境应力条件作用下的失效机理对提高其应用可靠性有重要意义. 本文对0.13 μm 6层铜布线工艺的FC-PBGA FPGA器件, 通过暴露器件在以高温回流焊过程中的热-机械应力为主的综合外应力作用下的失效模式, 分析与失效模式相对应的失效机理. 研究结果表明, FC-PBGA器件组装时的内外温差及高温回流焊安装过程中所产生的热-机械应力是导致失效的根本原因, 在该应力作用下, 芯片上的焊球会发生再熔融、桥接相邻焊球致器件短路失效; 芯片与基板之间的填充料会发生裂缝分层、倒装芯片焊球开裂/脱落致器件开路失效; 芯片内部的铜/低k互连结构的完整性受损伤而影响FC-PBGA器件的使用寿命.     

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.     

Cu掺杂AgSbTe2化合物的相稳定、晶体结构及热电性能

利用熔融快淬结合放电等离子烧结(SPS), 制备了Cu_xAg_1-xSbTe₂(x= 0---0.3)样品. 粉末X射线衍射(XRD)分析结果显示, SPS处理以前, 含Cu样品形成NaCl型结构的固溶体, 而未加入Cu的样品析出Ag₂Te第二相. 根据热分析和XRD测量结果, Cu的加入能够有效抑制Ag₂Te的析出, 但同时会在快淬样品中产生少量非晶相. 在温度升高到540 K左右时, 非晶相发生晶化, 形成Sb₇Te亚稳相, 并最终转变成Sb₂Te₃稳定相. 对快淬样品进行低温SPS快速处理后, x =0.1样品为面心立方结构的单相化合物, 但是x =0.2, 0.3的样品分别析出第二相Sb₇Te和Sb₂Te₃. 由于析出第二相, x=0.2, 0.3样品的电导率增大, Seebeck系数减小, 热导率相应升高, 综合热电性能降低. x=0.1单相样品的功率因子与文献报道的AgSbTe₂化合物相当. 元素替代的合金化效应 增强了Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂化合物的声子散射, 有效降低了样品的热导率. 因此, 单相样品Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂表现出较佳的热电性能, 在620 K时热电优值达到1.     

非等电子Sb替换Cu和Te后黄铜矿结构半导体Cu_3Ga_5Te_9的热电性能

热电材料是一类能够实现热与电相互转换的功能材料,在制冷和发电领域极具应用潜力.本文采用金属Sb元素非等电子替换Cu3Ga5Te9化学式中的Cu和Te,观察到材料Seebeck系数和电导率提升的现象.这些电学性能的改善与载流子浓度和有效质量的增大及迁移率基本维持不变有关.载流子浓度的提高是由于Sb原子占位在Te晶格位置后费米能级进入到价带所产生的空穴掺杂效应所致,同时也与Cu含量减少后铜空位(V-1Cu)浓度增大相关联.另外,非等电子替换后,阴离子(Te2-)移位导致了晶格结构缺陷参数u和η的改变,其改变量fiu和fiη与材料晶格热导率(κL)的变化密切相关.在766 K时,适量的Sb替换量使材料的最大热电优值(ZT)达到0.6,比Cu3Ga5Te9提高了近25%.因此,通过选择替换元素、被替换元素及替换量有效地调控了材料的电学及热学性能,在黄铜矿结构半导体中实现了非等电子元素替换改善热电性能的思想.     

热迁移对Cu/Sn/Cu焊点液-固界面Cu6Sn5生长动力学的影响

电子封装技术中, 微互连焊点在一定温度梯度下将发生金属原子的热迁移现象, 显著影响界面金属间化合物的生长和基体金属的溶解行为. 采用Cu/Sn/Cu焊点在250℃和280℃下进行等温时效和热台回流, 对比研究了热迁移对液-固界面Cu₆Sn₅生长动力学的影响. 等温时效条件下, 界面Cu₆Sn₅生长服从抛物线规律, 由体扩散控制. 温度梯度作用下, 焊点冷、热端界面Cu₆Sn₅表现出非对称性生长, 冷端界面Cu₆Sn₅生长受到促进并服从直线规律, 由反应控制, 而热端界面Cu₆Sn₅生长受到抑制并服从抛物线规律, 由晶界扩散控制. 热端Cu 基体溶解到液态Sn中的Cu原子在温度梯度作用下不断向冷端热迁移, 为冷端界面Cu₆Sn₅的快速生长提供Cu 原子通量. 计算获得250℃和280℃下Cu原子在液态Sn中的摩尔传递热Q^*分别为14.11和14.44 kJ/mol, 热迁移驱动力F_L分别为1.62×10^-19和1.70×10^-19 N.     

微波低温制备Mg2Si0.4Sn0.6-yBiy热电材料的传输机理

德拜弛豫理论表明, 在频率为2.45 GHz的外加交变电磁场的作用下, 微波对极性分子的极化过程约为10^-10 s, 因此利用微波固相反应可以在短时低温条件下制备出纳米粉体材料. 本文以MgH₂代替Mg粉, 利用微波固相反应在低温下制备了Mg₂Si_0.4Sn_0.6-yBi_y (0 ≤y ≤q 0.03)固溶体, 并结合单带抛物线计算模型对其热电传输机理进行了分析. 研究结果表明: 利用该工艺可以有效抑制Mg的挥发和MgO 的生成, 在400 ℃保温15 min内即可完成MgH₂与Si粉和Sn粉的固相反应, 获得片层间距为100 nm的超细化学计量比产物; 杂质Bi的引入可以有效增加载流子浓度, 并引起晶格畸变, 在晶格畸变和样品特有的纳米片层结构的协同作用下, 声子得到有效散射, 样品具有最低的热导率1.36 W·m^-1·K^-1. 较低的有效掺杂率和复杂的能带结构具有降低能带态密度有效质量和减小载流子弛豫时间的双刃效应, 使得本征激发提前, 在600 K样品取得最大ZT值为0.66.     

Interfacial reaction and electrical characteristics of Cu(RuTaNx) on GaAs: Annealing effects

This study elucidates the thermal stability and quasi ohmic contact characteristics of Cu(RuTaN_x) fabricated on a barrierless GaAs substrate. Cu(RuTaN_x) was prepared by cosputtering Cu, Ta, Ru, and N. The resistivity of the Cu(RuTaN_x)/GaAs structure annealed at 500 °C for 30 min was lower than that of the as-deposited structure, and the former was thermally stable up to 500 °C after 30 min of annealing. Further, the Cu(RuTaN_x)/GaAs structure exhibited electrical rectifying properties upon annealing at 550 °C for 10 min and revealed a quasi ohmic contact, as determined by the circular transmission line model (CTLM). The formation of quasi ohmic contact is further confirmed by transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy.     

Ga填充n型方钴矿化合物的结构及热电性能

用熔融退火结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有不同Ga填充含量的Ga_xCo₄Sb₁₂方钴矿化合物,研究了不同Ga含量对其热电传输特性的影响规律. Rietveld结构解析表明,Ga占据晶体学2a空洞位置,Ga填充上限约为0.22,当Ga的名义组成x≤0.25时,样品的电导率、室温载流子浓度N_p随Ga含量的增加而增加,Seebeck系数随Ga含量的增加而减小. 室温下霍尔测试表明,每一个Ga授予框架0.9个电子,比Ga的氧化价态Ga³⁺小得多. 由于Ga离子半径相对较小,致使Ga填充方钴矿化合物的热导率κ及晶格热导率κ_L较其他元素填充的方钴矿化合物低. 当x＝0.22时对应的样品在300K时的热导率和晶格热导率分别为3.05Wm^-1·K^-1和 2.86Wm^-1·K^-1.在600K下Ga_0.22Co_4.0Sb_12.0样品晶格热导率达到最小,为1.83Wm^-1·K^-1,最大热电优值Z,在560K处达1.31×10^-3K^-1. 关键词： skutterudite化合物 Ga原子填充 结构 热电性能     

Cu/SiO2/Si(111)体系中Cu和Si的扩散及界面反应

室温下利用磁控溅射在p型Si(111)衬底上沉积了Cu薄膜. 利用X射线衍射和卢瑟福背散射分别对未退火以及在不同温度点退火后样品的结构进行了表征. 在此基础上，研究了Cu/SiO₂/Si(111)体系的扩散和界面反应. 实验结果表明：当退火温度高于450℃时出现明显的扩散现象，并且随着温度的升高，体系扩散现象会更加显著. 当退火温度低于450℃时没有铜硅化合物生成，当温度达到500℃时才有铜硅化合物生成. 关键词： 薄膜 扩散 界面反应 硅化物     

氧化铟/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)复合材料的微结构及其热电性能研究

通过化学氧化合成的方法将纳米In_2O_3复合到聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)中得到In_2O_3/PEDOT复合材料.利用X射线衍射、红外光谱、电子显微镜及正电子湮没等方法对复合材料的微观结构进行了系统研究,同时对材料的热学和电学性能进行了表征.结果表明,当In_2O_3的含量在22 wt%以下时,In_2O_3能很好地分散到PEDOT基体中.热电性能测试则显示In_2O_3/PEDOT复合材料的导电率随In_2O_3含量增加明显增大.纯PEDOT的电导率仅为7.5 S/m,而含12.3 wt%In_2O_3的复合材料的电导率达到25.75 S/m.该复合材料相应的功率因子(68.8×10~(-4)μW/m·K~2)相对于纯的PEDOT(14.5×10~(-4)μW/m·K~2)提高了近4倍.另外,复合材料的热导率相对于纯PEDOT也有所降低.最终复合材料的热电优值由0.015×10~(-4)提高到了0.073×10~(-4).结果表明,In_2O_3/PEDOT复合材料的热电性能相对于纯PEDOT的热电性能得到了比较明显的提高.     

Magnetic properties and grain-boundary structure transition of melt-spun (Sm0.12Co0.87Cu0.01)97(VC)3 under annealing

Effects of annealing treatment on the magnetic properties and microstructure of SmCo₇-based magnets doped with VC and Cu were investigated. The coercivity of the as-spun ribbons (Sm_0.12Co_0.87Cu_0.01)₉₇(VC)₃ was 3.6 kOe. It was increased to 7.3 kOe after annealing at 800 °C for 15 min. A fixed single 1:7H structure and regular 1:7H dendrite grains with long axes preferentially parallel to each other had been attained during rapid solidification and subsequent annealing treatment. However, TEM results revealed that there was grain-boundary phase rich in C and Cu besides 1:7H phase in the as-solidified ribbon. After annealing, the grain-boundary phase decomposed to Cu-, Sm- and C-rich intergranular phases. Cu-, Sm- and C-rich regions formed at the grain boundaries after annealing improved the coercivity of (Sm_0.12Co_0.87Cu_0.01)₉₇(VC)₃ by decreasing the magnetostatic interactions and act as effective domain wall pinning sites.