[發明專利]采用豎直碳納米管纖維陣列提高焊點熱疲勞抗性的方法

在審

• 申請號: 201711268689.6
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108109981A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 陳思;王帥;高源
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L23/492
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明公開了一種采用豎直碳納米管纖維陣列提高焊點熱疲勞抗性的方法，其包含：步驟1，在生長基板上生長豎直碳納米纖維陣列；步驟2，使用離子濺射法在豎直碳納米纖維陣列中的每根纖維表面先后鍍Ti金屬層和Au金屬層；步驟3，將豎直碳納米纖維陣列鍍有Au金屬層的一端置于元器件鍍金焊盤表面，加熱，并施加壓力，使得Au?Au鍵合；步驟4，冷卻至室溫后，移除生長基板；步驟5，使用表面貼裝技術將帶有碳納米纖維強化層的元器件焊接在印制電路板焊盤上。本發明將采用化學氣相沉積法獲得的VACNF，通過金?金鍵合法轉移到指定元器件焊盤表面后會在該焊盤表面形成VACNF強化層，該強化層可有效限制疲勞裂紋在焊點與元器件焊盤界面處的生長，延長焊點的疲勞壽命。

技術領域

本發明涉及一種使用豎直碳納米管纖維陣列(VACNF)提高焊點熱疲勞抗性的方法。該方法可用于使用焊點作為互連材料的電子產品中。

背景技術

集成電路產業在過去50年中高速發展。就像摩爾預測的那樣，單個芯片上晶體管的密度幾乎每兩年就可以翻倍。集成電路的高速發展自然也會帶動電子封裝產業的發展，因為集成電路芯片需要電子封裝為其提供導電導熱通路并且抵擋外界環境的沖擊。

自上世紀60年代起，為了滿足電子產品不斷的小型化與多功能化需求，電子產品的封裝結構與所用材料日新月異。目前世界上比較先進的封裝結構，如芯片尺度封裝、晶圓級別封裝、三維堆疊(3D)封裝等，均已具有很高的封裝密度，其內部互連結構的尺寸已經達到了微米級甚至納米級。在此種情況下，傳統的互連技術已漸漸無法滿足高密度封裝的需要，發展新型的互連技術勢在必行。

由焊料形成的焊點在電子產品中擔負著傳輸信號、散熱以及機械支撐的作用。一個產品中可以存在數以萬計的焊點，一個焊點的失效便會對整個產品產生災難性的后果。

隨著電子產品小型化、輕量化、密集化發展趨勢，芯片封裝及表面貼裝中焊點的尺寸必將減小。據國際半導體技術藍圖組織預測，電子產品內部的焊點尺寸在未來十年中會下降至100μm以下。而韓國三星公司的研究表明，當焊點尺寸小于170μm時，焊點的熱疲勞可靠性會明顯降低。焊點熱疲勞裂紋通常會沿焊點與器件界面擴展，最終導致焊點失效。因此，延緩界面處熱疲勞裂紋的擴展可有效提升焊點的熱疲勞抗性。

目前，常用的方法是在傳統焊料中加入納米顆粒(平均粒徑<100nm)。通過納米顆粒自身或納米顆粒催生的微細結構延緩疲勞裂紋的擴展，以達到提高熱疲勞抗性的作用。但此種方法在實際應用中還面臨著一些瓶頸。首先，納米顆粒易團聚，在焊料基材中不易均勻分散，影響強化效果；其次，納米顆粒與焊料體系兼容性差。金屬納米顆粒在長時間高溫環境中易與基材反應或自身晶粒生長從而失去強化效果。而非金屬納米顆粒由于重量輕，在熔融焊料內無約束，極易在焊接過程中被助焊劑排出焊點，失去強化效果；最后，納米顆粒分布于整個焊點之中，阻礙了焊接過程中助焊劑的排出，增加了內部的孔隙率，反而提升了熱疲勞失效的風險。

綜上所述，目前用于提高焊點熱疲勞可靠性的納米材料面臨的問題為不易均勻分散、納米顆粒易在焊接過程中流失以及強化位置針對性不強三個問題。

發明內容

本發明的目的是，針對目前納米材料在提升焊點熱疲勞抗性方面的問題，設計了一種采用豎直納米纖維陣列作為強化層提升焊點熱疲勞抗性的方法。該方法的技術特點是使用豎直納米纖維陣列作為焊點與元器件之間的強化層提升焊點的熱疲勞抗性。

為達到上述目的，本發明提供了一種采用豎直碳納米管纖維陣列提高焊點熱疲勞抗性的方法，該方法包含：

步驟1，在生長基板上生長豎直碳納米纖維陣列；

步驟2，使用離子濺射法在豎直碳納米纖維陣列中的每根纖維表面先后鍍Ti金屬層和Au金屬層；

步驟3，將豎直碳納米纖維陣列鍍有Au金屬層的一端置于元器件鍍金焊盤表面，加熱，并施加壓力，使得Au-Au鍵合；