激光加工微槽对铝基板表面形貌及粘接强度影响的研究
随着集成电路技术的不断发展，微电子封装技术也朝着微小化、高密度和高复杂度发展，封装器件结构越来越复杂，随之产生的可靠性问题也日益凸显。其中芯片贴装一般采用基板+互连材料+芯片的结构，互连材料与基板的界面结合强度直接影响电子元器件的服役性能。为提高其界面结合强度，对基板表面进行修饰是一个可行性方案。本文以铝基板与环氧树脂界面粘接强度为基础，利用激光加工微槽对铝基板表面进行修饰，探索激光加工参数对铝基板表面形貌、铝基板与环氧树脂粘接强度的影响规律。 1、研究激光加工表面微槽对铝基板表面形貌的影响。分析激光功率密度、扫描间距和扫描次数对铝基板表面形貌、粗糙度、表面面积增加比及微槽几何形貌特征的影响规律。结果显示：粗糙度Ra、表面面积增加比Sdr、微槽实际深度H及微槽实际宽度D随着功率密度的增加而增加。当功率密度I=1.83×103W/mm2时，微槽内部形成的形貌比较平滑；当功率密度I=3.66~9.15×103W/mm2时，随着功率密度的增加，微槽内部孔隙特征明显。扫描间距从L=50μm增加到L=100μm时，凸起高度h降低，粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr下降速度较快。粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr随着扫描次数的增加而增加，微槽实际深度H随着扫描次数的增加而增加，微槽实际宽度D随着扫描次数的增加而减小。当扫描次数N=3时，微槽深度d较大，溅射物大多堆积在微槽侧面。 2、研究激光加工表面微槽对铝基板粘接强度的影响。根据准静态剪切测试标准测量试样件的粘接强度，结合铝基板接头断面的宏观特征、微观特征和界面的失效模式，研究激光功率密度、扫描间距和扫描次数对铝基板粘接强度的影响规律。结果显示：未处理铝基板的粘接强度σ=5.41MPa，接头断面发生界面失效，激光加工微槽后，粘接强度至少提高88%，微槽内部倾向于发生内聚失效。当功率密度I=5.49×103W/mm2、扫描间距L=50μm、扫描次数N=1时，粘接强度最大为σ=27.02MPa。接头断面的主要微观区域特征有3种类型，类型E：全部发生内聚失效；类型C：微槽内部发生内聚失效，铝基板表面部分发生内聚失效，部分发生界面失效；类型B：微槽内部发生内聚失效，铝基板表面发生界面失效。接头断面的主要微观区域特征从类型B向类型C再向类型E的转变中，内聚失效的面积增加，有利于提高铝基板的粘接强度。 3、研究铝基板表面形貌对粘接强度的影响。分析粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr对粘接强度的影响规律，建立微槽实际深度占比δH和微槽实际宽度占比δD与粘接强度、接头断面微观区域类型的关系。结果显示：微槽结构完全覆盖粘接区域时，粘接强度最大为σ=27.02MPa，接头断面主要微观区域特征为全部发生内聚失效。微槽结构未完全覆盖粘接区域时，粘接强度随着粗糙度Ra、表面面积增加比Sdr、微槽实际深度占比δH及微槽实际宽度占比δD的增加总体呈增加趋势。当微槽实际高度H＞25μm，微槽实际深度占比δH＞0.20，微槽实际宽度占比δD＞0.30时，接头断面主要微观区域类型为C类型，可以获得较为优异的粘接强度。
铝基板;环氧树脂;激光加工微槽;表面形貌;粘接强度
广东工业大学
硕士
机械工程
张永康
2021
中文
TG146.2
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）