Interfaz heterogénea: "talón de aquiles" para la fiabilidad del chip

En las interfaces de múltiples materiales como cobre / ni y ni / snag, problemas como la fragilidad de la interfaz, el crecimiento de agujeros y el debilitamiento de los límites de grano pueden causar fácilmente fallos bajo cargas de acoplamiento térmico - mecánico. Esto se ha convertido en un cuello de botella técnico que restringe el desarrollo ulterior de envases de alta confiabilidad y alta densidad.

El equipo de investigación de la Universidad del sudeste utilizó el sistema de medición tem in situ de zeyou Technology para llevar a cabo un estudio innovador sobre el mecanismo de falla microscópica de la interfaz de protuberancia del chip invertido, cuyos resultados han sido publicados en la revista Journal of materials Research and technology.

La diferencia de intensidad es asombrosa: cinco veces la brecha revela los eslabones más débiles

A través de la prueba de haz en voladizo, el equipo de investigación midió con precisión las propiedades mecánicas de dos interfaces heterogéneas clave en microconvexos. Los resultados experimentales son alarmantes: la resistencia a la tracción de la interfaz cu / ni es tan alta como unos 1775 mpa, mientras que la resistencia a la tracción de la interfaz ni / snag es de solo 335 mpa, una diferencia de más de cinco veces.

El análisis microscópico reveló la formación de compuestos intermetálicos (cu, ni) SN en la interfaz ni / snag, con una gran cantidad de agujeros kirkendall en la frontera con la soldadura snag, que es el "culpable" de la notable disminución de la resistencia de la interfaz.

Tem in situ: "transmisión en vivo" a escala nanométrica

La capacidad de control de alta precisión del sistema de medición tem in situ de zeyou Technology permite a los investigadores capturar la evolución dinámica de la interfaz bajo carga útil en tiempo real.

En el estudio de la interfaz cu / ni, la fractura no se produce en la interfaz, sino en el interior de la capa de cobre. La estructura nanogemela obstaculiza efectivamente el crecimiento de microcracks, y la interacción de múltiples bandas de deslizamiento finalmente forma una ruta de fractura única en forma de "w".

Interfaz ni / snag: mecanismo de falla dominado por agujeros

Bajo la carga de tracción, la interfaz ni / snag muestra un modo de falla único de "crecimiento de agujeros - aglomeración - agrietamiento de interfaz". las observaciones tem in situ muestran que los agujeros kirkendall preexistentes en el límite IMC / snag se propagan significativamente bajo la carga, y luego se conectan entre sí para formar una trayectoria de grieta continua.

Estos huecos se distribuyen principalmente en el lado cercano a la soldadura del IMC y se atribuyen a la aglomeración de huecos causada por las diferencias en las tasas de difusión entre los átomos de SN y ni. Durante el proceso de estiramiento, la capa de soldadura snag se extendió significativamente para absorber la tensión, mientras que la interfaz ni / IMC se mantuvo estable, lo que confirmó que el límite IMC / snag es la región más débil de toda la estructura.

Diferentes comportamientos bajo carga de corte

Para simular las condiciones reales de servicio, el equipo de investigación también realizó experimentos de cizallamiento in situ. Los resultados muestran que la interfaz ni / snag presenta diferentes modos de falla de Wan bajo carga de corte: las grietas tienen prioridad en la formación de núcleos en los límites de grano IMC y los límites de grano tridimensionales, y se propagan a lo largo de los límites de grano.

A diferencia del fallo dominante del agujero kirkendall bajo carga de tracción, los granos gruesos de IMC y sus defectos de límite de grano se convierten en los factores dominantes en condiciones de Corte. Este hallazgo señala que refinar los granos de IMC y mejorar la resistencia de Unión de los límites de grano son las formas clave de mejorar la fiabilidad del Corte de microconvexos.

Revelación técnica: un salto de la observación a la regulación

Este estudio no solo revela el mecanismo microscópico de la falla de la interfaz de microclases, sino que, lo que es más importante, establece un sistema cuantitativo de intensidad de la interfaz microscópica, que proporciona una orientación precisa para la regulación y optimización posteriores de la interfaz.

Se espera que la mejora precisa de la fiabilidad de la interfaz se logre mediante la regulación de la Organización del IMC y la introducción del fortalecimiento del nanogemelo. La tecnología tem in situ de zeyou Technology proporciona un soporte clave para este salto, permitiendo a los investigadores lograr una transformación de "fenómenos de observación" a "propiedades regulatorias" a escala nanométrica.

A medida que los dispositivos semiconductores sigan desarrollándose hacia la miniaturización y la Alta densidad, la comprensión y el control de la fiabilidad de la interfaz microscópica se volverán cada vez más importantes. Los avances en la tecnología de caracterización in situ nos están abriendo una puerta al mundo de chips más confiables y eficientes.