Giao diện không đồng nhất: "gót chân Achilles" về độ tin cậy của chip

Tại các giao diện đa vật liệu như Cu/Ni, Ni/SnAg, các vấn đề như độ giòn của giao diện, tăng trưởng lỗ và làm suy yếu ranh giới hạt rất dễ gây ra sự cố dưới tải trọng ghép nối nhiệt cơ học. Điều này trở thành cổ chai kỹ thuật hạn chế sự phát triển hơn nữa của việc đóng gói mật độ cao, đáng tin cậy cao.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Đông Nam đã sử dụng hệ thống đo lường TEM tại chỗ của Zeyu để thực hiện một nghiên cứu đột phá về cơ chế thất bại vi mô của giao diện lồi của chip đảo ngược, kết quả đã được công bố trên tạp chí Journal of Materials Research and Technology.

Sự khác biệt về sức mạnh đáng kinh ngạc: Khoảng cách 5x tiết lộ liên kết yếu nhất

Thông qua thử nghiệm dầm cantilever, nhóm nghiên cứu đã xác định chính xác các tính chất cơ học của hai giao diện không đồng nhất quan trọng trong các điểm lồi nhỏ. Kết quả thực nghiệm thật đáng kinh ngạc: độ bền kéo của giao diện Cu/Ni lên tới khoảng 1775 MPa, trong khi giao diện Ni/SnAg chỉ là 335 MPa, chênh lệch hơn 5 lần.

Phân tích vi mô cho thấy các hợp chất liên kim loại (Cu, Ni)₃ Sn₄ được hình thành tại giao diện Ni/SnAg và sự hiện diện của một số lượng lớn các lỗ hổng Kirkendall ở ranh giới của nó với hàn SnAg, chính xác là "thủ phạm" làm giảm đáng kể sức mạnh của giao diện.

Lời bài hát: Live In The Nano Scale

Khả năng xử lý chính xác cao của hệ thống đo TEM tại chỗ của Zeyu cho phép các nhà nghiên cứu nắm bắt được quá trình tiến hóa động của giao diện dưới tải trọng trong thời gian thực.

Trong nghiên cứu giao diện Cu/Ni, sự phá vỡ không xảy ra ở giao diện, nhưng bên trong lớp Cu. Cấu trúc nano-twin ngăn chặn hiệu quả sự mở rộng microcrack, và sự tương tác của nhiều dải trượt cuối cùng tạo thành một con đường phá vỡ hình chữ "W" độc đáo.

Giao diện Ni/SnAg: Cơ chế thất bại do Hollow Domination

Dưới tải trọng kéo dài, giao diện Ni/SnAg thể hiện chế độ thất bại "tăng trưởng lỗ rỗng - kết hợp - nứt giao diện" độc đáo. Các quan sát TEM tại chỗ cho thấy các lỗ hổng Kirkendall có sẵn ở ranh giới IMC/SnAg mở rộng đáng kể dưới tải, sau đó kết nối với nhau để tạo thành các đường nứt liên tục.

Những lỗ hổng này chủ yếu được tìm thấy ở phía IMC gần với chất hàn, do sự kết hợp của các lỗ trống do sự khác biệt về tốc độ khuếch tán giữa các nguyên tử Sn và Ni. Trong quá trình kéo dài, lớp hàn SnAg kéo dài đáng kể sự hấp thụ căng thẳng trong khi giao diện Ni/IMC vẫn ổn định, xác nhận ranh giới IMC/SnAg là khu vực yếu nhất trong toàn bộ cấu trúc.

Hiệu suất khác nhau dưới tải cắt

Để mô phỏng các điều kiện phục vụ thực tế, nhóm nghiên cứu cũng tiến hành các thí nghiệm cắt tại chỗ. Kết quả cho thấy giao diện Ni/SnAg dưới tải cắt thể hiện các chế độ hỏng khác nhau: các vết nứt được ưu tiên hình thành hạt nhân tại ranh giới IMC và ranh giới ba và mở rộng dọc theo ranh giới hạt.

Không giống như sự thất bại thống trị lỗ hổng Kirkendall dưới tải trọng kéo, các hạt thô IMC và các khiếm khuyết biên hạt của chúng trong điều kiện cắt trở thành yếu tố chi phối. Phát hiện này chỉ ra rằng việc tinh chỉnh các hạt IMC và tăng cường sức mạnh liên kết ranh giới hạt là những cách quan trọng để tăng độ tin cậy của việc cắt vi lồi.

Sự mặc khải kỹ thuật: Bước nhảy vọt từ quan sát đến điều khiển

Nghiên cứu này không chỉ tiết lộ cơ chế vi mô thất bại của giao diện vi mô, mà quan trọng hơn là xây dựng hệ thống lượng hóa cường độ giao diện vi mô, cung cấp hướng dẫn chính xác cho việc điều tiết và tối ưu hóa giao diện sau này.

Thông qua các biện pháp tối ưu hóa công nghệ như điều tiết tổ chức IAC, du nhập tăng cường tinh thể sinh đôi nano, v. v., có triển vọng thực hiện nâng cao chính xác độ tin cậy của giao diện. Công nghệ TEM tại chỗ của Zeyu Technology cung cấp hỗ trợ quan trọng cho bước nhảy vọt này, cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện chuyển đổi từ "hiện tượng quan sát" sang "hiệu suất được điều chỉnh" ở quy mô nano.

Khi các thiết bị bán dẫn tiếp tục phát triển theo hướng thu nhỏ và mật độ cao, sự hiểu biết và kiểm soát độ tin cậy của giao diện vi mô sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Những tiến bộ trong công nghệ mô tả tại chỗ đang mở ra một cánh cửa dẫn đến một thế giới chip đáng tin cậy và hiệu quả hơn.