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一種錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法_2

文檔序號:8350939閱讀:來源:國知局
0042]實(shí)施例2
[0043](I)選擇以單晶銅(111)晶面和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為Iym的共晶錫銦焊料放在(111)單晶銅基體上,放在回流爐中160°c回流5s形成互連焊點(diǎn);
[0044](2)用2000#SiC砂紙將焊料研磨至300_400um,放入FeCl3腐蝕液中腐蝕,腐蝕時(shí)間要根據(jù)焊料厚度決定,最終腐蝕掉焊料露出生成的金屬間化合物;
[0045](3)超聲清洗干凈后用Quanta600進(jìn)行SEM觀察,掃面觀察電壓為20KV,獲得的樣品俯視照片如圖3所示。從圖3可知,回流及時(shí)效后的Cu2 (In, Sn)晶粒之間呈60°或120°夾角,具有織構(gòu)形貌,說明單晶的Cu2(In,Sn)晶粒生長取向是擇優(yōu)的,經(jīng)EBSD分析其擇優(yōu)生長取向?yàn)?br>[0001]方向,如圖4所示。
[0046]實(shí)施例3
[0047](I)選擇以(100)單晶銅和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為I μ m的共晶錫銦焊料放在單晶銅基體上,放在回流爐中160°C回流5s。
[0048](2)在恒溫保溫爐40°C保溫不同時(shí)間,將保溫好的樣品取出。
[0049](3)用600#,1000#,1200#和2000#SiC砂紙研磨樣品后,經(jīng)Al2O3拋光膏拋光,Quanta600進(jìn)行截面觀察,觀察電壓為20KV,獲得樣品界面結(jié)構(gòu)照片如圖5所示。由圖5可知,回流后的Cu2 (In, Sn)和Cu (In, Sn)2兩種金屬間化合物(圖5a),經(jīng)40°C時(shí)效至90天時(shí),已完全轉(zhuǎn)變?yōu)镃u (In,Sn)2 一種金屬間化合物(圖5d)。
[0050]實(shí)施例4
[0051](I)選擇以(100)和(111)單晶銅和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為I μ m的共晶錫銦焊料放在單晶銅基體上,放在回流爐中160°C回流5s。
[0052](2)在恒溫保溫爐60°C保溫不同時(shí)間,將保溫好的樣品取出。
[0053](3)用600#,1000#,1200#和2000#SiC砂紙研磨好后,經(jīng)Al2O3拋光膏拋光后,Quanta600進(jìn)行截面觀察,觀察電壓為20KV,樣品界面結(jié)構(gòu)照片如圖6所示,可知回流后的Cu2 (In, Sn)和Cu (In, Sn)2兩種金屬間化合物經(jīng)60°C時(shí)效至6天(圖6a和圖6c)以及10天時(shí)(圖6b和圖6d),Cu2 (In,Sn)和Cu (In,Sn) 2兩種金屬間化合物在(100) Cu和(Ill)Cu基體上依然可以共存長大。
[0054]實(shí)施例5
[0055](I)選擇以(100)和(111)單晶銅和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為I μ m的共晶錫銦焊料放在單晶銅基體上,放在回流爐中160°C回流5s。
[0056](2)在恒溫保溫爐80°C和100°C保溫不同時(shí)間,將保溫好的樣品取出。
[0057](3)用600#,1000#,1200#和2000#SiC砂紙研磨好后,經(jīng)Al2O3拋光膏拋光后,Quanta600進(jìn)行掃描觀察,觀察電壓為20KV,樣品界面結(jié)構(gòu)照片如圖7所示。圖片顯示回流后的Cu2(In,Sn)和Cu(In,Sn)2兩種金屬間化合物在經(jīng)80°C和100 °C僅時(shí)效I天后,Cu (In, Sn)2金屬間化合物全部消失轉(zhuǎn)變?yōu)镃u2 (In, Sn)的金屬間化合物,可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)一種化合物的生長制備。
[0058]實(shí)施例6
[0059](I)選擇以多晶銅和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為I μ m的共晶錫銦焊料放在單晶銅基體上,放在回流爐中160°C回流5s。
[0060](2)在恒溫保溫爐40°C保溫不同時(shí)間,將保溫好的樣品取出。
[0061](3)用600#,1000#,1200#和2000#SiC砂紙研磨樣品后,經(jīng)Al2O3拋光膏拋光,Quanta600進(jìn)行截面觀察,觀察電壓為20KV,獲得樣品界面結(jié)構(gòu)照片如圖8所示。由圖8可知,回流后的Cu2 (In, Sn)和Cu (In, Sn) 2兩種金屬間化合物(圖8a),經(jīng)40°時(shí)效至90天時(shí),已完全轉(zhuǎn)變?yōu)镃u (In,Sn)2 一種金屬間化合物(圖8d)。
[0062]實(shí)施例7
[0063](I)選擇以多晶銅和共晶錫銦焊料作為原材料,將片狀厚度約為I μ m的共晶錫銦焊料放在單晶銅基體上,放在回流爐中160°C回流5s。
[0064](2)在恒溫保溫爐60°C,80°C和100°C保溫不同時(shí)間,將保溫好的樣品取出。
[0065](3)用600#,1000#,1200#和2000#SiC砂紙研磨樣品后,經(jīng)Al2O3拋光膏拋光,Quanta600進(jìn)行截面觀察,觀察電壓為20KV,獲得樣品界面結(jié)構(gòu)照片如圖9所示。圖片顯示回流后的Cu2 (In, Sn)和Cu (In, Sn) 2兩種金屬間化合物在經(jīng)60°C,80°C和100°C僅時(shí)效I天后(圖9a,圖9c及圖9e),Cu (In, Sn) 2金屬間化合物全部消失轉(zhuǎn)變?yōu)镃u2 (In,Sn)的金屬間化合物,時(shí)效10天也是同樣的結(jié)果(圖%,圖9d及圖9f),可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)一種化合物的生長制備。
[0066]上述結(jié)果表明,利用不同取向的銅單晶基板并結(jié)合時(shí)效溫度的調(diào)整,可以控制SnIn-Cu金屬間化合物的生長方向和相互轉(zhuǎn)變,從而可獲得不同晶體結(jié)構(gòu)類型和不同組織形貌的金屬間化合物,實(shí)現(xiàn)了錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備,為微型器件錫銦互連焊點(diǎn)性能的改善提供了一種切實(shí)可行的方法。
[0067]以上提供的實(shí)施例僅僅是解釋說明的方式,不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的范圍限制,任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變的方法,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:該方法是以錫銦焊料和銅基板為原料制備錫銦互連焊點(diǎn)過程中,通過控制反應(yīng)基板的表面晶向制備所需生長取向和所需類型的金屬間化合物;或者,以錫銦焊料和銅基板為原料制備錫銦互連焊點(diǎn)過程中,首先通過控制反應(yīng)基板的表面晶向制備所需生長取向的金屬間化合物,再通過控制時(shí)效溫度和時(shí)間制備所需生長取向和所需類型的金屬間化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:該方法是通過控制反應(yīng)基板的表面晶向制備所需生長取向和所需類型的金屬間化合物時(shí),具體包括如下步驟: (1)根據(jù)焊點(diǎn)使用性能需求,選擇所需成分SnIn焊料和所需類型銅基板焊盤,設(shè)計(jì)并組成互連結(jié)構(gòu); (2)根據(jù)步驟(I)所選SnIn焊料的熔點(diǎn),選取合適的回流溫度曲線在回流設(shè)備上制備錫銦互連焊點(diǎn),獲得所需取向和所需類型的金屬間化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:該方法首先通過控制反應(yīng)基板的表面晶向制備所需生長取向的金屬間化合物,再通過控制時(shí)效溫度和時(shí)間制備所需生長取向和所需類型的金屬間化合物時(shí),具體包括如下步驟: (1)根據(jù)焊點(diǎn)使用性能需求,選擇所需成分SnIn焊料和所需類型銅基板焊盤,設(shè)計(jì)并組成互連結(jié)構(gòu); (2)根據(jù)步驟(I)所選SnIn焊料的熔點(diǎn),選取合適的回流溫度曲線在回流設(shè)備上制備錫銦互連焊點(diǎn),獲得所需取向的金屬間化合物; (3)根據(jù)使用性能對金屬間化合物的需要,將步驟(2)制備的錫銦互連焊點(diǎn)在所需時(shí)效溫度下保溫,獲得所需取向和所需類型的金屬間化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:所述SnIn焊料為焊球或焊膏,SnIn合金的存在狀態(tài)為塊體、薄膜、微米線、微米帶、微米管、微米顆粒、納米線、納米帶、納米管或納米顆粒形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:所述SnIn合金中,In的重量比例為5%_100%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:所述錫銦互連焊點(diǎn)中的銅基板的類型為多晶銅、單晶銅、納米孿晶銅、雙晶銅和非晶銅中的一種或幾種組成的復(fù)合連接層基體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:步驟(2)中回流曲線的設(shè)定由所選SnIn焊料的熔點(diǎn)來決定,其最低回流溫度需要大于或等于SnIn合金的熔點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:步驟(3)中的時(shí)效保溫溫度范圍為0°C至焊料熔點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,其特征在于:步驟(3)中保溫時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要選擇。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錫銦互連焊點(diǎn)金屬間化合物的可控制備方法,屬于微互連焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)制備和半導(dǎo)體器件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。該方法以銅基體和錫銦無鉛焊料為原材料,通過控制反應(yīng)基板的表面晶向制備不同生長取向或織構(gòu)形貌的金屬間化合物,通過控制時(shí)效溫度和時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同類型金屬間化合物的相互轉(zhuǎn)化,從而改變微互連焊點(diǎn)的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和腐蝕等使用性能。本發(fā)明基于焊點(diǎn)液態(tài)反應(yīng)中界面化合物的生長機(jī)理以及固態(tài)反應(yīng)下金屬焊盤和焊料中反應(yīng)元素的擴(kuò)散機(jī)制,實(shí)現(xiàn)金屬間化合物形貌和種類的可控制備,方法簡單,可操作性強(qiáng),為微型器件焊點(diǎn)性能的改良提供了一種切實(shí)可行的方法。
【IPC分類】B23K31-00
【公開號】CN104668792
【申請?zhí)枴緾N201310627424
【發(fā)明人】劉志權(quán), 田飛飛, 尚攀舉, 郭敬東
【申請人】中國科學(xué)院金屬研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月28日
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