论文部分内容阅读
TSV（Through Silicon Via）技术因为其低功耗、体积小等优势逐渐被应用到三维电子封装中。但是由于TSV的结构和使用的材料的特点，使得TSV结构在封装器件服役的过程中会面临很严重的可靠性问题，这些问题阻碍了TSV结构在三维电子封装中的使用率的增长，所以对TSV结构可靠性的研究正越来越多的被工业界关注。本文研究用于硅转接板封装的TSV结构，该结构是在硅板上的通孔里电镀铜材料作为导电材料，在铜和硅之间有阻挡层和绝缘层。同于铜的热膨胀系数远大于硅的，所以在封装器件服役的过程中由于温度的变化引起的热应力是影响TSV结构可靠性的一个重要因素。在温度升高时界面上切向的切应力和温度降低时界面上法向的拉应力和切向的切应力可能会导致界面破坏，使TSV结构漏电失效。为了提高TSV结构的可靠性，可以通过改进加工工艺提高界面性能，本文的主要工作是找到一种方法用于测量界面的强度，为改进加工工艺提供依据。因为未加工线路层的TSV转接板结构和用于单纤维压出实验的复合材料试样相似，所以使用单纤维压出实验来测量TSV界面的强度，压出实验选择纳米压痕仪进行压出实验。针对TSV结构中铜柱直径为20μm，硅基板材料在压出过程中容易开裂的特点设计实验夹具，保证试样在压出实验的过程中铜柱的支撑端悬空又不会因为悬空的部分太多而发生开裂。因为电镀铜的弹性模量较低、塑性较高，所以在使用玻氏（Berkovich）压头进行压出的时候会出现在铜柱被压出之前压头就与基体发生接触，导致铜柱不能被压出，使用将硅板减薄的方法可以解决这个问题，当硅板的厚度减薄到34μm的时候铜柱可以在压头接触基体之前被压出。得到压出过程中压头的位移-载荷曲线，通过将已经压出的铜柱重新压入的方法得到界面的摩擦力为31mN，提出改进能量方法得到界面的临界应变能释放率为38.30J/m2，使用剪滞理论得到界面在开始破坏时界面上的最大切应力即剪切强度为108MPa。得到界面发生滑移时界面上的切应力为14.5MPa，TSV-Cu中的残余应力为-11.56MPa，为压应力。