Гетерогенный интерфейс: « ахиллесова пята» надежности чипа

В интерфейсах с несколькими материалами, таких как Cu / Ni, Ni / Snag, такие проблемы, как хрупкость интерфейса, рост отверстий и ослабление границ кристаллов, могут легко вызвать отказ при нагрузках на термомеханическую связь. Это стало техническим узким местом, ограничивающим дальнейшее развитие высоконадежного и плотного упаковки.

Исследовательская группа Юго - Восточного университета, используя систему измерения TEM на месте Zeau Technology, провела прорывное исследование механизма микроотказов в интерфейсе выпуклости перевернутого чипа, результаты которого были опубликованы в Journal of Materials Research and Technology.

Разница в интенсивности поражает: 5 - кратный разрыв выявляет самые слабые места

С помощью испытания консольной балки команда точно измерила механические свойства двух ключевых гетерогенных интерфейсов в микровыпуклой точке. Результаты были шокирующими: прочность на растяжение интерфейса Cu / Ni достигает 1775 МПа, в то время как интенсивность интерфейса Ni / Snag составляет всего 335 МПа, разница более чем в пять раз.

Микроскопический анализ показал, что межметаллическое соединение (Cu, Ni) Snneneneej образуется на границе интерфейса Ni / SNAg, где на границе с сварным материалом SNAG находится большое количество дыр Kirkendall, что является « виновником » значительного снижения прочности интерфейса.

Оригинал TEM: « Прямая трансляция» в наномасштабе

Высокая точность управления системой измерения TEM на месте Zeau Technology позволяет исследователям захватывать динамическую эволюцию интерфейса под нагрузкой в режиме реального времени.

В исследовании интерфейса Cu / Ni разрушение происходит не на интерфейсе, а внутри слоя Cu. Нано - двойниковая структура эффективно препятствует расширению микротрещин, и взаимодействие с несколькими полосами скольжения в конечном итоге образует уникальный « W - образный путь разлома.

Интерфейс Ni / Snag: пустой механизм отказа

При растягивающей нагрузке интерфейс Ni / SNAG демонстрирует уникальный режим отказа « роста пустоты - агломерации - растрескивания интерфейса интерфейса». Наблюдения TEM на месте показывают, что дыры Киркендалла, которые уже существуют на границе IMC / SNAg, значительно расширяются под действием нагрузки, а затем соединяются друг с другом, чтобы сформировать непрерывный путь трещины.

Эти отверстия в основном расположены на стороне IMC вблизи сварного материала, что объясняется скоплением свободных мест, вызванным различиями в скорости диффузии атомов Sn и Ni. При растяжении слой сварного материала Snag значительно растягивает абсорбционную деформацию, в то время как интерфейс Ni / IMC остается стабильным, подтверждая, что граница IMC / Snag является самой слабой областью во всей структуре.

Различные проявления при нагрузке на сдвиг

Чтобы имитировать фактические условия службы, исследовательская группа также провела эксперимент по сдвигу на месте. Результаты показали, что при нагрузке на сдвиг интерфейс Ni / SNAg показывает различные режимы отказа в кване: трещина отдает приоритет ядру на границе кристаллов IMC и тройной границе и расширяется вдоль границы кристаллов.

В отличие от доминирующего отказа дыры Киркендалла при растягивающей нагрузке, доминирующим фактором в условиях сдвига являются толстые зерна IMC и дефекты их границ. Это открытие указывает на то, что уточнение зерна IMC и повышение прочности соединения границ кристаллов являются ключевыми способами повышения надежности сдвига микровыпуклых точек.

Техническое откровение: переход от наблюдения к регулированию

Это исследование не только раскрывает микромеханизм отказа интерфейса микровыпуклой точки, но, что более важно, создает систему количественной оценки интенсивности микроскопического интерфейса, которая обеспечивает точное руководство для последующего регулирования и оптимизации интерфейса.

Благодаря регулированию организации IMC, внедрению нано - двойникового усиления и других средств оптимизации процесса, ожидается достижение точного улучшения надежности интерфейса. Оригинальная технология TEM от Zeau Technology обеспечивает ключевую поддержку для этого скачка, позволяя исследователям перейти от « наблюдаемых явлений» к « регулируемым характеристикам» в наномасштабе.

По мере того, как полупроводниковые устройства продолжают развиваться в направлении миниатюризации и высокой плотности, понимание и контроль надежности микроинтерфейса станут все более важными. Прогресс в технологии индикаторов местоположения открывает нам дверь в более надежный и эффективный мир чипов.