一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料，属于芯片互连材料领域。仅有亚微米尺寸的形状记忆合金CuZnAl颗粒可以显著提高互连材料的使用寿命。该互连材料主要用于三维封装高可靠性需求的领域，是一种具有高性能的新型互连材料。
【背景技术】
[0002]在电子工业中，摩尔定律自被提出以来，一直被认为是指引电子器件技术的发展方向，但是随着单一芯片集成度的日益增加似乎使摩尔定律很难继续使用。而三维封装芯片堆叠技术的出现，则可以使摩尔定律的失效时间大幅度推后，电子产业进入了后摩尔时代。三维封装，即将芯片在三维垂直空间逐层堆叠，可以实现减小芯片体积和提升数据传输速度的双重作用。
[0003]对于三维封装芯片垂直堆叠，为了实现其特定的功能，首先需要对芯片垂直堆叠实现互连。对于整个三维封装而言，互连焊点数以百计，单一焊点的失效即会影响整体结构的可靠性。而互连焊点的可靠性也直接决定了整个三维封装结构的使用寿命。并且，三维封装结构复杂，不像二维的电子器件单一焊点失效可以通过重熔进行修复，因此三维封装芯片堆叠互连焊点要求必须有较高的可靠性。
[0004]为了实现三维封装芯片的垂直堆叠，通过低熔点材料-高熔点材料在一定温度条件下通过固-液互扩散形成金属间化合物互连焊点，金属间化合物的熔化温度较高，一般比低熔点材料高300°C左右，因此可以保证在进行二次芯片键合时，第一层芯片表面的金属间化合物焊点不会熔化，金属间化合物焊点可以保证芯片的多次键合和后期的倒装焊。
[0005]对于三维封装芯片堆叠键合，尽管金属间化合物可以实现芯片堆叠互连，但是金属间化合物有其自身的缺点:(I)在固-液元素互扩散形成金属间化合物时，会发生体积收缩，在金属间化合物界面区域出现明显的空洞现象，空洞会成为焊点裂纹萌生源；(2)由于三维封装结构在服役期间因为材料线膨胀系数的失配和交变温度载荷的变化，金属间化合物焊点容易成为应力集中区，当应力集中到一定程度焊点将会发生疲劳失效。以上的两个缺点导致金属间化合物焊点成为三维封装结构潜在失效区域。因此如何提高金属间化合物焊点可靠性成为电子封装领域的重要课题。通过研究新型的互连材料可以实现三维封装结构可靠性的显著提高，但是目前针对该方面的研究国际社会缺乏相关的报道。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料，利用稀土元素Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl和In三者耦合作用，通过三维封装键合可以构建具有记忆特性的高强度焊点，可以显著提高三维封装结构的可靠性。服役期间具有高的使用寿命，能满足三维封装结构器件的高可靠性需求。
[0007]本发明是以如下技术方案实现的:一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料，其成分及质量百分比为:稀土元素Nd含量为0.01?0.5%，亚微米记忆颗粒CuZnAl 为 0.05 ?8 %，其余为 In。
[0008]本发明可以采用生产复合金属材料的常规制备方法得到。
[0009]本发明优选采用的方法是:首先采用机械研磨制备In-Nd中间合金粉末，其次混合In-Nd粉末、In粉末、混合松香树脂、触变剂、稳定剂、活性辅助剂和活性剂并充分搅拌，最后添加亚微米记忆颗粒CuZnAl，充分搅拌制备膏状含Nd和亚微米记忆颗粒CuZnAl的互连材料。
[0010]采用膏状含Nd和亚微米记忆颗粒CuZnAl的互连材料，采用喷印工艺在芯片表面制备凸点，在一定压力(IMPa?1MPa)和温度(170°C?260°C )条件下实现三维空间的芯片垂直互连，形成具有记忆特性的高强度焊点。
[0011]主要解决的关键性问题:优化稀土元素Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl和In的材料组分，得到高可靠性的互连材料。
[0012]本发明的机理是:通过匹配合适的互连材料，制备稀土元素Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl和In的膏状互连材料，通过键合工艺形成互连焊点实现芯片堆叠互连。对于三维封装芯片堆叠，例如Cu-1n-Cu键合，形成Cu3In金属间化合物焊点，在固-液互扩散反应生成金属间化合物的过程中，会伴随着体积收缩，致使焊点内部出现大量的空洞。另外在服役期间，因为交变温度载荷的变化和材料线膨胀系数的失配，焊点极容易成为应力集中区。添加稀土元素Nd和亚微米记忆颗粒CuZnAl，稀土元素Nd会与基体In反应，打破原先Cu-1n元素互扩散平衡，抑制界面空洞的形成，亚微米记忆颗粒CuZnAl在焊点内部起到颗粒强化的作用，提高焊点的强度，另外亚微米记忆颗粒CuZnAl为记忆合金材料，在焊点应力集中发生变形的过程中，亚微米记忆颗粒CuZnAl可以作为缓冲区域，具有释放应力的作用，因此可以提高焊点的使用寿命。考虑到高强度焊点的性能变化，最大程度发挥稀土元素Nd和亚微米记忆颗粒CuZnAl的作用，故而控制稀土元素Nd含量为0.01?0.5 %，亚微米记忆颗粒CuZnAl 为 0.05 ?8 %，其余为 In。
[0013]与已有技术相比，本发明的有益效果在于:一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料形成的高强度焊点具有高使用寿命以及抵抗变形的作用；使用寿命为现有技术金属间化合物焊点的8.3?12.1倍。
【附图说明】
[0014]图1是金属间化合物焊点和高强度焊点在服役期间的使用寿命。
[0015]图2是金属间化合物焊点和高强度焊点的剪切强度。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例进一步说明本发明及效果。
[0017]下述10个实施例所使用的材料为:首先采用机械研磨制备In-Nd中间合金粉末，其次混合In-Nd粉末、In粉末、混合松香树脂、触变剂、稳定剂、活性辅助剂和活性剂并充分搅拌，最后添加亚微米记忆颗粒CuZnAl，充分搅拌制备膏状含Nd和亚微米记忆颗粒CuZnAl的互连材料，采用喷印工艺在芯片表面制备凸点，在一定压力(IMPa?1MPa)和温度(170°C?260°C )条件下实现三维空间的芯片垂直互连，形成具有记忆特性的高强度焊点。本互连材料具有高可靠性，可用三维封装芯片堆叠。
[0018]实施例1
[0019]一种含Nd、亚微米记忆颗粒CuZnAl的芯片堆叠互连材料成分为:稀土元素Nd0.5%，亚微米记忆颗粒CuZnAl 8 %，余量为In。
[0020]键合