超聲鍵合界面微結(jié)構(gòu)生成機理與規(guī)律研究.pdf

1、本論文以超聲鍵合界面為對象，系統(tǒng)研究了引線鍵合和熱聲倒裝鍵合界面的生成機理，解決了鍵合點縱截面透射電鏡(TEM)樣品制作的難題，觀察到超聲能作用下界面材料位錯密度增加的現(xiàn)象，探討了超聲鍵合快速形成的微觀機制，剖析了鍵合點微結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)成；采集了超聲驅(qū)動的電壓/電流信號，得到了鍵合過程實時的超聲功率，阻抗特性；研究了熱聲倒裝上/下界面的原子擴散狀況，發(fā)現(xiàn)了上/下界面擴散的非均勻性，試驗了多種模式的熱聲倒裝新工藝，提出了二界面擴散層厚度一致

2、的工藝路線，獲得了熱聲倒裝鍵合點界面超聲能傳遞，轉(zhuǎn)化的比率規(guī)律。 研究工作主要包括如下幾個部分： 1.超聲鍵合界面快速形成機理：從鍵合界面的TEM測試觀察到超聲鍵合層位錯密度劇烈增加的現(xiàn)象，證實超聲鍵合界面間為位錯擴散，位錯引起晶格畸變，具有較低的擴散激活能，極易擴散，且，晶格位錯是一種快速擴散的通道機制，位錯密度的增加也表明鍵合過程中未發(fā)生高溫回火而使位錯消失，說明超聲鍵合是在回火溫度以下的原子擴散過程，闡明了基于表面

3、擴散、位錯擴散的超聲快速鍵合機理。 2.高分辨透射電鏡(HRTEM)的掃描透射(STEM)模式下，測試到鍵合界面原子擴散層為200-500nm，表征鍵合界面強度結(jié)構(gòu)的生成；鍵合區(qū)在拉力作用下分離界面形如環(huán)帶狀，周邊脊皺形成強的鍵合，并有明顯的斷裂韌窩，互擴散原子在對偶材料晶體中產(chǎn)生固溶(或合金)強化，引起晶體晶格常數(shù)改變，其強度大于基體材料的強度，微鍵合區(qū)是一種空間多元結(jié)構(gòu)“引線材料-擴散層-基墊材料”。 3.超聲鍵合工

4、藝參數(shù)與鍵合微結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律：在其它條件不變的情況下，隨著超聲功率的增加，鍵合界面周邊脊皺加劇；隨著壓力增大，鍵合橢圓環(huán)逐步延伸擴大，脊皺鍵合區(qū)的面積增加；隨著鍵合時間的延長，脊皺延伸為完整的圓環(huán)，并向中央擴展。鍵合過程的實時功率特性反應(yīng)了超聲能量的傳遞/轉(zhuǎn)化狀態(tài)，可為超聲鍵合可靠性提供了監(jiān)測思路。 4.發(fā)現(xiàn)了Al/Au/Ag材料體系中常規(guī)的“芯片植球”模式熱聲倒裝鍵合上界面擴散層厚是下界面的2倍多，通過對界面擴散數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

5、，獲得了上、下界面超聲能轉(zhuǎn)化的比率關(guān)系，即為：D1∶D2=(k=N∑k=1 D1(k)/N)∶(k=N∑k=1 D2(K)/N)≈2.28∶1，且EDS測試上界面(Al/Au)擴散層為金屬間化合物；針對鍵合層的擴散狀況，根據(jù)超聲能轉(zhuǎn)化的比率關(guān)系，提出并試驗了“基板傳能”和“基板植球”模式的熱聲倒裝鍵合，結(jié)果表明新模式倒裝可使二界面擴散層厚基本一致，且Au/Al金屬間化合物減少一倍。 本論文的研究工作，為超聲鍵合裝備與工藝技術(shù)設(shè)計