이질 인터페이스: 칩 신뢰성의"아킬레스건"

Cu/Ni, Ni/SnAg 등 다재료 인터페이스에서 인터페이스의 아삭함, 구멍의 성장, 결정계의 약화 등 문제는 열-기계적 결합 하중에서 무력화를 유발하기 쉽다.이것은 높은 신뢰성, 고밀도 패키지의 진일보한 발전을 제약하는 기술 병목이 되었다.

동남대학 연구팀은 택유과학기술의 원위치TEM측정시스템을 리용하여 역조립칩의 볼록점계면의 미시적실효메커니즘에 대한 돌파성연구를 전개하였는데 그 성과는 이미 Journal of Materials Research and Technology 정기간행물에 발표되였다.

강도 차이 놀라움: 5배 차이 가장 약한 부분 제시

현수막 빔 테스트를 통해 연구팀은 미세 볼록점 중 두 가지 핵심 이질 인터페이스의 역학적 성능을 정확하게 측정했다.실험 결과는 충격적이었다. Cu/Ni 인터페이스의 스트레칭 강도는 약 1775MPa에 달했지만 Ni/SnAg 인터페이스의 강도는 335MPa로 5배 이상 차이가 났다.

미시적 분석에 따르면 Ni/SnAg 인터페이스에 (Cu, Ni) Sn ₄ 금속 간 화합물이 형성되어 있으며, SnAg 용접재와의 경계에 대량의 Kirkendall 구멍이 존재하는데, 이것이 바로 인터페이스의 강도가 현저하게 낮아지는"주범"이다.

제자리 TEM: 나노미터 척도의'생방송'

택유과학기술 제자리 TEM 측정시스템의 고정밀도 조종능력은 연구자들이 하중에 있는 인터페이스의 동적진화과정을 실시간으로 포착할수 있도록 한다.

Cu/Ni 인터페이스 검토에서 브레이크는 인터페이스에서 발생하는 것이 아니라 Cu 레이어 내부에 있습니다.나노 쌍결정 구조는 미세한 균열의 확장을 효과적으로 방해하며, 다중 슬라이딩 벨트의 상호 작용은 결국 독특한"W'형 균열 경로를 형성한다.

Ni/SnAg 인터페이스: 공허 주도의 실효 메커니즘

스트레치 하중에서 Ni/SnAg 인터페이스는 독특한"공동 성장-집결-인터페이스 파열"실효 모드를 보여줍니다. 원래 TEM 관찰에 따르면 IMC/SnAg 경계에 미리 존재하는 Kirkendall 구멍은 하중 작용으로 크게 확장되고 그 후 서로 연결되어 연속적인 균열 경로를 형성합니다.

이러한 구멍은 주로 IMC가 용접재에 가까운 쪽에 분포되어 있는데, Sn 원자와 Ni 원자의 확산 속도 차이로 인한 빈자리 집합 때문이다.스트레칭 과정에서 SnAg 용접재 층은 흡수 응변을 크게 확장하고 Ni/IMC 인터페이스는 안정적이며 IMC/SnAg 경계가 전체 구조에서 가장 취약한 영역임을 확인합니다.

커팅 하중의 다른 표현

연구진은 실제 복무 조건을 시뮬레이션하기 위해 제자리 절단 실험도 했다.그 결과, 절단 하중에서 Ni/SnAg 인터페이스는 Quan의 다른 실효 모드를 나타냅니다. 균열은 IMC 웨이퍼와 삼차 웨이퍼에 우선적으로 핵을 형성하고 웨이퍼를 따라 확장됩니다.

스트레칭 하중에서 Kirkendall 구멍이 주도적으로 효력을 상실하는 것과 달리, 절단 조건에서 IMC의 굵은 결정 입자와 그 결정 경계 결함이 주도적인 요소가 된다.이 발견은 IMC 결정 입자를 세분화하고 결정 경계의 결합 강도를 강화하는 것이 미세 볼록점 절단의 신뢰성을 높이는 관건적인 경로임을 가리킨다.

기술적 시사점: 관찰에서 조절로의 도약

이 연구는 마이크로볼록점 인터페이스가 효력을 상실하는 미시적 메커니즘을 드러냈을 뿐만 아니라 더욱 중요한 것은 미시적 인터페이스 강도 계량화 체계를 구축하여 후속적인 인터페이스 조절과 최적화에 정확한 지도를 제공하였다.

IMC 조직을 조절하고 나노 쌍결정 강화 등 공정 최적화 수단을 도입함으로써 인터페이스 신뢰성의 정확한 향상을 실현할 수 있을 것이다.택유과학기술의 제자리TEM기술은 이 도약에 관건적인 버팀목을 제공하여 연구자들이 나노척도에서"현상을 관찰"하던데로부터"성능조절"에로의 전환을 실현할수 있도록 하였다.

반도체 부품이 끊임없이 소형화, 고밀도화로 발전함에 따라 미시적 인터페이스의 신뢰성에 대한 이해와 통제는 점점 더 중요해질 것이다.제자리표징기술의 진보는 우리에게 더욱 믿음직하고 더욱 능률적인 칩세계로 통하는 대문을 열어주고있다.