聚酰亚胺对聚酰亚胺/铜厚膜复合材料热应力演变的影响
聚酰亚胺(PI)/铜复合厚膜广泛用于晶圆级封装(WLP),一个常见的问题是由热应力引起的诸如空隙,分层,裂纹或晶圆翘曲之类的缺陷。 与传统的刚性衬底/铜/钝化系统相比,PI对Cu施加了完全不同的边界约束,从而导致了特殊的应力演化,而对这种机理的理解还远远不够。 构造了五组复合材料,以通过热循环下的原位晶圆翘曲测量研究PI对Cu膜中热应力演变的影响。与有限元分析相结合,发现虽然PI确实降低了应力对Cu膜应力的影响是违反直觉的。铜,会加剧室温下的整体晶圆翘曲。 翘曲演变表明,由基材/ PI / Cu组成的复合材料承受适度的压缩应力,而裸PI膜在高温下完全应力松弛,表明Cu和PI相互抑制应力松弛。 这表明在评估聚合物金属复合材料厚膜中的应力分布时应考虑相互影响。 ### 聚酰亚胺对聚酰亚胺/铜厚膜复合材料热应力演变的影响 #### 概述 本文探讨了聚酰亚胺(Polyimide, PI)/铜(Cu)复合厚膜在晶圆级封装(Wafer Level Packaging, WLP)中的应用以及热应力引起的问题。在WLP过程中,由于不同材料之间的热膨胀系数差异,常常会导致诸如空隙、分层、裂纹或晶圆翘曲等缺陷。相比于传统的刚性衬底/铜/钝化系统,PI对Cu施加了完全不同的边界约束,进而导致了独特的应力演化行为。然而,目前对于这一机理的理解尚不充分。 #### PI对Cu膜热应力的影响 为了深入研究PI对Cu膜热应力的影响,研究者构建了五组复合材料,并通过热循环下的原位晶圆翘曲测量进行实验探究。实验结果结合有限元分析显示了一个违反直觉的现象:尽管PI确实降低了Cu膜内的应力水平,但它却加剧了室温下的整体晶圆翘曲程度。 #### 应力演化机制 通过对复合材料的观察,发现由基材/PI/Cu组成的复合材料在高温下承受着适度的压缩应力。相比之下,裸PI膜在相同温度条件下几乎完全应力松弛。这表明Cu和PI之间存在着相互作用,彼此抑制了对方的应力松弛过程。这一发现强调了在评估聚合物金属复合厚膜中的应力分布时,需要考虑材料间的相互影响。 #### 实验设计与方法 1. **复合材料制备**:研究团队首先制备了五组不同配置的PI/Cu复合厚膜。 2. **原位晶圆翘曲测量**:采用原位测量技术监测复合材料在热循环条件下的晶圆翘曲变化。 3. **有限元分析**:利用有限元方法模拟并分析复合材料的热应力演化过程,以便更好地理解实验结果。 #### 结果分析 - **应力降低与翘曲加剧**:尽管PI能够有效地降低Cu膜内的应力,但整个复合结构的晶圆翘曲现象却更加明显。这一现象提示了复合材料内部复杂的应力传递机制。 - **应力松弛行为**:高温条件下,裸PI膜表现出几乎完全的应力松弛特性,而含有Cu的复合材料则展现出稳定的压缩应力状态。这说明Cu的存在限制了PI的应力松弛,反之亦然。 - **相互影响的重要性**:Cu与PI之间的相互作用显著地影响了复合材料的整体性能,特别是其应力分布和晶圆翘曲行为。 #### 讨论与结论 通过对PI/Cu复合厚膜的研究,我们不仅揭示了PI对Cu膜内热应力的独特影响,而且也发现了二者之间复杂的相互作用机制。这些发现对于优化WLP工艺中的材料选择和结构设计具有重要意义。未来的研究可以进一步探索不同PI材料以及Cu合金对复合材料热应力演化的影响,以期为提高WLP产品的可靠性和性能提供理论支持和技术指导。
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