一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料，属于芯片互连材料领域。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]随着计算机、通讯、汽车、电子和航空等领域微电子封装技术要求逐渐提高，电子器件向小型化、多功能和低成本方向发展，传统的二维封装很难满足单一芯片高集成度的发展趋势。而三维封装芯片堆叠技术的出现，则可以使电子器件的尺寸达到微型化和多更能化。三维封装，即将芯片在垂直方向实现芯片的逐层堆叠，具有实现减小芯片体积和提升数据传输速度的双重作用。
[0003]对于三维封装芯片堆叠互连，为了实现其芯片的垂直互连，芯片之间主要靠焊点发挥电气连接和芯片支撑的作用，故而焊点的可靠性直接决定了三维封装芯片堆叠整体结构的可靠性，另外三维封装芯片堆叠键合的焊点数量众多，在服役期间焊点极容易成为应力集中区，极容易发生疲劳失效。而三维封装芯片堆叠结构较为复杂，不像二维封装可以通过修复恢复其特有的功能，因此三维封装芯片堆叠焊点可靠性是整个结构的关键所在。
[0004]为了实现三维封装芯片堆叠键合，主要是采用低熔点材料在一定的温度和压力条件下，和高熔点金属产生元素的互扩散，形成高熔点的金属间化合物，以高熔点的金属间化合物充当互连焊点实现三维芯片堆叠。高熔点金属间化合物在三维封装二次、三次等后期芯片键合的过程中不会发生熔化，保证键合结构的稳定性，因此这一方法也是目前电子工业中实现三维封装芯片堆叠的主要方法。
[0005]对于实现三维封装芯片堆叠键合的金属间化合物也有其自身的缺点，首先是金属间化合物为硬脆相，由低熔点材料完全反应形成，在服役期间由于材料线膨胀系数的失配，极容易成为应力集中区，出现早期失效；其次在低熔点和高熔点材料反应过程中，因为体积收缩，容易在界面区域出现明显的空洞。在服役期间，空洞容易成为裂纹萌生源。因为对于金属间化合物而言，服役期间的低可靠性成为制约其发展的主要问题，因此也限制了其在三维封装芯片堆叠中的应用，如何提高三维封装结构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报道相对较少。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料；本发明的另一目的是提供一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料的制备方法；本发明的又一目的是提供一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料形成高强度互连焊点的方法。
[0007]本发明是以如下技术方案实现的:一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料，其成分及质量百分比为:稀土 Eu含量为0.01?0.5%，纳米Au颗粒为5?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]本发明优选米用的制备方法是:首先制备In-Eu中间合金粉末，其次混合In-Eu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，最后添加纳米Au颗粒，充分搅拌制备膏状含Eu和纳米Au颗粒的互连材料。
[0010]利用3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料形成高强度互连焊点的方法是，使用膏状含Eu和纳米Au颗粒的互连材料，采用精密丝网印刷和回流焊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，形成高强度互连焊点。
[0011]本发明的机理是:通过匹配合适的互连材料，制备含稀土 Eu元素、纳米Au颗粒和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N1-1n-Ni键合，形成Ni3In金属间化合物焊点，因为在金属间化合物形成过程中，元素发生互扩散，会形成体积收缩，致使焊点内部出现大量的空洞。另外在服役期间，金属间化合物为硬脆相，因为材料线膨胀系数的失配，焊点极容易成为应力集中区，当应力达到一定程度焊点将发生疲劳失效。添加稀土元素Eu，主要通过Eu的添加影响N1-1n元素的互扩散平衡，形成N1-1n和Eu-1n金属间化合物，抑制界面空洞的形成。添加纳米Au颗粒，主要起到弥散强化的作用，提高焊点的强度，另外在服役期间，纳米颗粒具有钉扎位错的作用，使互连焊点具有抵抗变形的作用。因此焊点在服役期间具有较高的使用寿命。考虑到高强度焊点的性能变化，最大程度发挥稀土元素Eu和纳米Au颗粒的作用，故而控制稀土元素含量为0.01?0.5%，碳纳米管为5?8%，其余为In。
[0012]与已有技术相比，本发明的有益效果在于:利用稀土Eu元素、纳米Au颗粒和In三者耦合作用，通过三维封装键合可以构建高强度互连焊点，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，使互连焊点具有抵抗变形的作用，能满足三维封装结构器件的高可靠性需求。
【附图说明】
[0013]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。
[0014]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】
[0015]下面结合实施例进一步说明本发明及效果。
[0016]下述10个实施例所使用的材料为:首先制备In-Eu中间合金粉末，其次混合In-Eu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，最后添加纳米Au颗粒，充分搅拌制备膏状含Eu和纳米Au颗粒的互连材料，采用精密丝网印刷和回流焊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，形成高强度互连焊点。本互连材料具有高可靠性，可用于三维封装芯片堆叠。
[0017]实施例1
[0018]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.5%，纳米Au
颗粒5%，余量为In。
[0019]键合(170°C，5MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为3500次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0020]实施例2
[0021]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.01%，纳米Au颗粒8%，余量为In。
[0022]键合(26°C，5MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为3750次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0023]实施例3
[0024]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.5%，纳米Au
颗粒8%，余量为In。
[0025]键合(260°C，1MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为4490次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0026]实施例4
[0027]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.02%，纳米Au颗粒6%，余量为In。
[0028]键合(200°C，6MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为3700次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0029]实施例5
[0030]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.03%，纳米Au颗粒8%，余量为In。
[0031]键合(230°C，8MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为4050次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0032]实施例6
[0033]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.1%，纳米Au
颗粒5%，余量为In。
[0034]键合(240°C，9MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为3450次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0035]实施例7
[0036]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.5%，纳米Au
颗粒8%，余量为In。
[0037]键合(250°C，9MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为4400次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0038]实施例8
[0039]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.4%，纳米Au
颗粒7%，余量为In。
[0040]键合(210°C，8MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为4200次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0041]实施例9
[0042]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.3%，纳米Au颗粒6%，余量为In。
[0043]键合(260°C，1MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为4100次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0044]实施例10
[0045]—种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料成分为:稀土元素Eu 0.05%，纳米Au颗粒5%，余量为In。
[0046]键合(260°C，5MPa)后形成的高强度焊点使用寿命为3400次热循环左右(考虑了试验误差)，膏状互连材料具有优良的可焊性。
[0047]实验例:在其他成分不变的情况下，金属间化合物焊点和高强度焊点的使用寿命。
[0048]结论:添加稀土Eu元素和纳米Au颗粒可以显著提高金属间化合物焊点使用寿命，为金属间化合物焊点的7.9?10.4倍。
【主权项】
1.一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料，其特征在于:其成分及质量百分比为:稀土 Eu元素含量为0.0l?0.5%，纳米Au颗粒为5?8%，其余为In。2.一种权利要求1所述一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料的制备方法，其特征在于:可以采用生产复合金属材料的常规制备方法得到。3.—种权利要求1所述一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料的制备方法，其特征在于:首先制备In-Eu中间合金粉末，其次混合In-Eu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，最后添加纳米Au颗粒，充分搅拌制备膏状含Eu和纳米Au颗粒的互连材料。4.一种利用权利要求3所述方法得到的一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料形成高强度互连焊点的方法，其特征在于:使用含Eu和纳米Au颗粒的互连材料，采用精密丝网印刷和回流焊工艺在芯片表面制备凸点，在IMPa?1MPa压力和170°C?260°C温度条件下实现三维空间的芯片垂直互连，形成高强度互连焊点。
【专利摘要】本发明公开了一种3D芯片堆叠的含Eu、纳米Au的互连材料，属于芯片互连材料领域。该互连材料的稀土Eu元素含量为0.01～0.5％，纳米Au颗粒为5～8％，其余为In。首先制备In-Eu中间合金粉末，其次混合In-Eu粉末、In粉末、松香树脂、触变剂、稳定剂、活性辅助剂和活性剂并充分搅拌，最后添加纳米Au颗粒，充分搅拌制备膏状含Eu和纳米Au颗粒的互连材料，采用精密丝网印刷和回流焊工艺在芯片表面制备凸点，在一定压力(1MPa～10MPa)和温度(170℃～260℃)条件下实现三维空间的芯片垂直互连，形成高强度互连焊点。本互连材料具有高可靠性，可用于三维封装芯片堆叠。
【IPC分类】C22C1/03, C22C28/00, H01L23/52
【公开号】CN105177387
【申请号】
【发明人】张亮, 邵明辉, 郭永环
【申请人】江苏师范大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月6日