Interface hétérogène: le "talon d'Achille" de la fiabilité des puces

Aux interfaces Multi - matériaux telles que Cu / ni, ni / SNAG, etc., des problèmes tels que la fragilité de l'interface, la croissance des trous, l'affaiblissement des joints de grains, etc., sont extrêmement susceptibles de déclencher une défaillance sous une charge de couplage thermique - mécanique. Cela devient un goulot d'étranglement technologique qui limite le développement ultérieur de l'emballage haute fiabilité et haute densité.

L'équipe de recherche de l'Université du Sud - Est a utilisé le système de mesure TEM in situ de zeugi Technology pour mener des recherches révolutionnaires sur le mécanisme de défaillance microscopique de l'interface à points convexes de la puce inversée, dont les résultats ont été publiés dans le Journal of Materials Research and Technology.

La différence d'intensité est frappante: un écart de 5 fois révèle le maillon le plus faible

À l'aide d'un test de poutre cantilever, l'équipe de recherche a déterminé avec précision les propriétés mécaniques de deux interfaces hétérogènes clés dans des points microconvexes. Les résultats expérimentaux ont été étonnants: la résistance à la traction interfaciale Cu / ni a atteint environ 1775 MPa, tandis que la résistance interfaciale ni / Snag n'était que de 335 MPa, soit une différence de plus de 5 fois.

L'analyse microscopique a révélé la formation de composés intermétalliques (Cu, ni) ₃ sn₄ à l'interface ni / SNAG, et la présence d'un grand nombre de cavités de kirkendall à la frontière avec la soudure SNAG, qui est précisément le « coupable» de la réduction significative de la résistance de l'interface.

TEM in situ: « Live » à l’échelle nanométrique

Les capacités de manipulation de haute précision du système de mesure TEM in situ de zeoyi Technology permettent aux chercheurs de capturer en temps réel l'évolution dynamique de l'interface sous charge.

Dans l'étude de l'interface Cu / ni, la fracture ne se produit pas à l'interface, mais à l'intérieur de la couche de Cu. La structure nanotwin bloque efficacement la propagation des microfissures, et l'interaction de la bande Multi - glissement finit par former un chemin de fracture unique en forme de « W ».

Interface ni / Snag: mécanisme de défaillance dominé par le vide

Sous charge de traction, l'interface ni / Snag présente un mode de défaillance unique de « croissance de cavité - Coalescence - fissuration d'interface ». Les observations in situ de tem ont montré que les cavités de kirkendall préexistantes à la frontière IMC / Snag se dilatent considérablement sous l'effet de la charge, puis s'interconnectent pour former des chemins de fissure continus.

Ces cavités sont principalement réparties du côté de l'IMC près de la soudure et sont attribuées à l'agrégation de lacunes résultant de la différence de vitesse de diffusion des atomes de Sn par rapport aux atomes de ni. Au cours de l'étirage, la couche de soudure Snag s'est considérablement dilatée pour absorber les contraintes, tandis que l'interface ni / IMC est restée stable, confirmant que la limite IMC / Snag était la zone la plus faible de la structure.

Différentes manifestations sous charge de cisaillement

Pour simuler les conditions réelles de service, l'équipe de recherche a également mené des expériences de cisaillement in situ. Les résultats montrent que l'interface ni / Snag présente des modes de défaillance Quan différents sous charge de cisaillement: les fissures forment préférentiellement des noyaux aux joints de grains IMC et trijumeaux et se propagent le long des joints de grains.

Contrairement à l'échec dominé par les cavités de kirkendall sous charge de traction, les grains grossiers IMC et leurs défauts de joints de grains deviennent le facteur dominant dans les conditions de cisaillement. Cette découverte indique que l'affinement des grains IMC et l'amélioration de la force de liaison des joints de grains sont des voies clés pour améliorer la fiabilité du cisaillement des points micro - Convexes.

Révélation technique: le passage de l’observation à la régulation

Cette étude a non seulement révélé les mécanismes microscopiques de défaillance de l'interface micro - convexe, mais plus important encore, a établi un système de quantification de la force de l'interface microscopique qui fournit des directives précises pour la régulation et l'optimisation ultérieures de l'interface.

Grâce à la régulation de l'Organisation IMC, à l'introduction de nano - jumeaux renforcés et à d'autres moyens d'optimisation des processus, on peut espérer obtenir une amélioration précise de la fiabilité de l'interface. La technologie in situ de tem de la technologie de zeugi fournit le support critique pour ce saut, permettant aux chercheurs de réaliser la transition du « phénomène observé » à la « performance régulatrice » à l'échelle nanométrique.

À mesure que les dispositifs semi - conducteurs évoluent vers la miniaturisation et la haute densité, la compréhension et le contrôle de la fiabilité des interfaces microscopiques deviendront de plus en plus importants. Les progrès de la technologie de caractérisation in situ nous ouvrent la porte à un monde de puces plus fiables et plus efficaces.