基于石墨烯扩散阻挡层的微焊点界面扩散及演变机理

基本信息
批准号:51604090
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:刘洋
学科分类:
依托单位:哈尔滨理工大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:孙凤莲,刘洋,张浩,殷祚炷,付海丰,班高放
关键词:
石墨烯IMC演变微焊点界面扩散电迁移
结项摘要

The high-density and miniaturization trends of the micro electronic components aggravate the loads on the micro solder joints, which work as the electrical connection parts. One of the key factors of improving the reliability of the solder joints as well as the components is to suppress the coarsening and brittleness of the interfacial intermetallic compounds (IMC). To solve this problem, graphene coated copper substrate (G-Cu) fabricated by chemical vapor deposition (CVD) was supposed to be the soldering substrate in this project. The interfacial coarsening might be suspended by suppressing the diffusion of the elements at the interface by the graphene layer in the micro solder joint . The commercial SAC305 solder, which has been widely applied in this area, is used as the soldering material. Fundamental researches will be carried out on the SAC305/G-Cu soldering interface. Basic problems will be investigated, including: the effects of the thickness of the graphene layers on the wettability, interfacial reactions, and connection properties of the soldering interface; establishing the physical models of the interfacial structure and dynamic constitutive equations describing the IMC evolution at liquid-solid and solid-solid interfaces; the effects of graphene layers on the growth behavior and electromigration of the interfacial IMC under thermal-electrical coupling condition; the suppressing mechanism of graphene layers on the interracial diffusion; and the evolution mechanism of the interfacial IMC suppressed by the graphene layers. The research achievements will provide theoretical basis to develop the material and the structure of the new-generation substrates for lead-free soldering.

微电子器件高集成、微型化趋势加剧了作为电气连接的微焊点负荷,抑制界面金属间化合物(IMC)粗化所导致的界面脆化成为提升微焊点和器件可靠性的关键之一。针对此问题,本项目拟采用化学气相沉积法(CVD)制备的铜基石墨烯基板(G-Cu)进行钎焊连接,通过微焊点界面处的石墨烯层抑制由于界面元素扩散所导致的界面恶化。以本领域应用最广泛的SAC305为钎料,开展SAC305/G-Cu钎焊连接的相关基础研究。分析添加石墨烯层厚度对钎焊过程中钎料润湿铺展特性、界面反应、连接性能的影响机制;构建钎焊界面在液-固、固-固界面条件下的界面结构物理模型与IMC生长动力学本构方程;研究石墨烯层对钎焊界面IMC在温度、电流两场作用下生长行为与电迁移特性的影响机制;阐明石墨烯层对界面元素扩散的阻挡机制;揭示石墨烯扩散阻挡层作用下的界面IMC演变机理。项目研究成果对探索新一代无铅软钎焊基板材料与结构提供理论基础。

项目摘要

随着电子信息产业高速发展,高集成、高性能、小型化成为电子产品的主流发展趋势。作为芯片与基板间热、电、力等方面互连载体的焊点尺寸随之减小,相应其所承载的负荷则急剧增大。微焊点的性能及可靠性直接影响电子产品的整体寿命,因此当今微电子互连技术成为影响电子信息产业发展的技术瓶颈。钎料与基板之间所形成界面金属间化合物(IMC)的粗化极大地降低了微焊点的可靠性。为了抑制界面IMC在焊接与时效过程中的过度生长,本项目以熔炼的方式将Ni元素添加到SAC305钎料中,并使其在普通铜板(Cu)、高温处理铜板(H-Cu)和石墨烯铜板(G-Cu)三种基板上进行润湿铺展形成微焊点。对无铅焊点的界面IMC层演变规律和体钎料的力学性能进行研究分析,为其进一步的实际运用提供充分的理论依据。主要结论如下:1.微量的Ni元素可以提升体钎料的润湿性能;对比钎料在Cu与G-Cu的润湿性能,发现在G-Cu基板上的润湿性能较好,基板上的石墨烯镀层可以提升钎料润湿性能。2.G-Cu基板表面上的石墨烯镀层对焊点体钎料的微观组织产生了细化的作用。随着钎料中Ni含量的增加,焊点体钎料中的β-Sn数量急剧上升,共晶组织的面积减小。3.对比G-Cu与Cu基板的界面IMC的厚度,发现G-Cu基板的IMC厚度较低,表明基板石墨烯镀层可抑制界面IMC的生长。4.随着高温时效时间的增加,界面IMC的厚度也在逐渐增加。石墨烯镀层可以抑制时效过程中元素的扩散,降低IMC的生长速率。5.基板表面的石墨烯镀层在焊接过程中部分扩散到体钎料中,从而对焊点体钎料的硬度产生影响。通过本项目的开展,证实了石墨烯二维结构材料在电子封装互连结构中应用的可行性,明确了石墨烯层在钎焊界面反应与连接过程中的作用,阐明了石墨烯层对界面元素扩散的阻挡机制,揭示了石墨烯扩散阻挡层作用下的界面IMC演变机理,为研究发展新一代微电子封装基板材料与结构提供理论基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022
3

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022
4

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

DOI:10.7685/jnau.201807013
发表时间:2019
5

平行图像:图像生成的一个新型理论框架

平行图像:图像生成的一个新型理论框架

DOI:10.16451/j.cnki.issn1003-6059.201707001
发表时间:2017

刘洋的其他基金

批准号:81500319
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11671361
批准年份:2016
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:61401419
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81341032
批准年份:2013
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:11505145
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81100635
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11674280
批准年份:2016
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:71902154
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600630
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31301486
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71502065
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202850
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41774127
批准年份:2017
资助金额:71.00
项目类别:面上项目
批准号:60903108
批准年份:2009
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31570605
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81904089
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200345
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20906088
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31502188
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801510
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11302269
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41074100
批准年份:2010
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:81903599
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11602163
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61304034
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572096
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81772392
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:61362027
批准年份:2013
资助金额:43.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21005046
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51706081
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81600846
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51904356
批准年份:2019
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802186
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11901288
批准年份:2019
资助金额:28.90
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51178044
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31200740
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41901087
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51704258
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81371916
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31101923
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700325
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71872161
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:11101373
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51276150
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30900562
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300008
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81770889
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:41301551
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403401
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501666
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81171677
批准年份:2011
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
批准号:81601251
批准年份:2016
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11661058
批准年份:2016
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81560323
批准年份:2015
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81473087
批准年份:2014
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81100475
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81301544
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81860515
批准年份:2018
资助金额:34.80
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11301258
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11804096
批准年份:2018
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81400259
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51604006
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81603492
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50808016
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51666003
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11704309
批准年份:2017
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60903138
批准年份:2009
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21206011
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41474110
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:51876177
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:41274119
批准年份:2012
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:61903053
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61703244
批准年份:2017
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81903266
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71771043
批准年份:2017
资助金额:49.00
项目类别:面上项目
批准号:41004041
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51905279
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51502040
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71804118
批准年份:2018
资助金额:20.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61572289
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:41874011
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:10926066
批准年份:2009
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81000630
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81873524
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:41301354
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81300859
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21676115
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31470944
批准年份:2014
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:51203012
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11875129
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11701421
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71371002
批准年份:2013
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:11505060
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81302312
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81274042
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:21874080
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:61801193
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81703867
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608192
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871766
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31660326
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51904245
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61801371
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41703111
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41701604
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31271055
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81273358
批准年份:2012
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:61774028
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:51008097
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51909085
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61274086
批准年份:2012
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:81401095
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31400395
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71001020
批准年份:2010
资助金额:17.70
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871424
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31601855
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701334
批准年份:2017
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61501345
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51807067
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81703817
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41874144
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:41404007
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60806040
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21375073
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

导线焊点界面扩散相变过程模拟和分析

批准号:51201049
批准年份:2012
负责人:周鹏
学科分类:E0101
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于几何尺寸效应的微焊点固态扩散动力学研究

批准号:51075107
批准年份:2010
负责人:孙凤莲
学科分类:E0508
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
3

扩散阻挡层的界面结合强度和残余应力的评价与研究

批准号:50571101
批准年份:2005
负责人:孙超
学科分类:E0101
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
4

扩散阻挡层薄膜新材料研究

批准号:58670345
批准年份:1986
负责人:罗维昂
学科分类:E02
资助金额:4.00
项目类别:面上项目